Soluciones Tecnológicas con Microcontroladores by Biblioteca Online

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “GABRIEL RENÉ MORENO” FACULTAD POLITÉCNICA UNIDAD DE POSTGRADO

SOLUCIONES TECNOLÓGICAS CON MICROCONTROLADORES EN MÁQUINAS INDUSTRIALES (Sistematización de diez casos de éxito )

Aspirante : Ing. Máximo Higa Kishimoto Tesis presentada a la Unidad de Postgrado de la Facultad Politécnica de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno para optar el grado académico de Magíster en Tecnología para el Desarrollo Regional

Profesor Guía: M.Sc. Ing. Saúl Severiche Toledo

Septiembre - 2016 Santa Cruz - Bolivia

MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE DEFENSA

________________________________

_______________________________

TRIBUNAL 1

TRIBUNAL 2

______________________________ TRIBUNAL 3

Vo. Bo. ______________________________ DIRECTORA UNIDAD DE POSTGRADO – FACULTAD POLITÉCNICA

AGRADECIMIENTOS

Existen muchas personas a las que les debo una eterna gratitud por el apoyo que día a día recibí y que permitieron llegar a la elaboración de esta tesis. A mi madre, quien con su ejemplo me alentó para a seguir luchando, como siempre lo hicimos y lo seguiremos haciendo. A mis hermanos Hisami, Hiromi, Yoshie, Nicolás Emilia, quien entre broma y broma me insuflaron fuerza para superarme. A mi esposa Isabel Yoshimoto, que compartió conmigo durante todo este trabajo. A mis hijos que han transformado mi vida. A mis parientes que ya no están con nosotros, pero desde el lugar en que se encuentran, me dieron fuerza para seguir adelante. A Sr. Walter Ustárez, propietario de la máquina offset en la cual se basé la tesis, mis amigos Ing. Mario Bonnino, Ing. Hugo Gómez, Ing. Saúl Severiche, Ing. Patricia Guillen, Ing. Carlos Vargas, Sr. Robin Barba, Ing. Edwin Juan Murillo L. y los profesores que me introdujeron en las técnicas de la electricidad industrial que ahora me permite hacer esta pequeña contribución.

¡GRACIAS A TODOS!

MAXIMO HIGA KISHIMOTO

iii

DEDICATORIAS

Madre, este es el fruto de tu esfuerzo durante tu vida que me llevaron a ser lo que soy. No puedo olvidarme de toda mi familia, que me acompaĂąaron y que me acompaĂąan, este trabajo es para ustedes.

Los quiero mucho

iv ÍNDICE DE CONTENIDOS

MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE DEFENSA .................................................................. II INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. X CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................... 13 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.

Antecedentes ..................................................................................................................................................... 13 Formulación del problema principal ............................................................................................................. 13 Formulación de los problemas secundarios ................................................................................................ 14 Formulación del objetivo principal ................................................................................................................ 14 Formulación de los objetivos se cundarios ................................................................................................... 14

CAPÍTULO II: SUSTENTO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN ................................. 17 2.1. Componentes importantes de una m áquina industrial ............................................................................ 17 2.2. La automatización industrial ............................................................................................................................ 20 2.3. Componentes eléctricos de las máquinas industriales............................................................................... 26 2.4. Los microcontroladores como elementos clave de una máquina industrial ......................................... 33 2.5. Mantenimiento de una m áquina industrial .................................................................................................. 35 2.6. Funcionamiento de las m áquinas industriales............................................................................................ 37 2.6.1 Motor eléctrico............................................................................................................................................. 38 2.6.2 Motores universales. ............................................................................................................................. 39 2.6.3 Motores de corriente continua conexión en paralelo..................................................................... 39 2.6.4 Motores de corriente continua con imán permanente .................................................................. 40 2.6.5 Motor trifásico con rotor jaula de ardilla........................................................................................... 41 2.6.6 Válvula o electro imán........................................................................................................................... 42 2.6.7 Válvulas especiales................................................................................................................................. 43 2.7. Repuestos par a maquinaria industrial en Bolivia....................................................................................... 43 2.7.1 Intermediarios que compran en el exterior ...................................................................................... 47 2.7.2 Análisis del costo de reparación .......................................................................................................... 47 2.8 Análisis de la importancia de la tecnología en el desarrollo regional. .................................................. 48

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ................................................................. 51 3.1. Tipificación de la investigación ........................................................................................................................ 51 3.2. Selección de la muestra ..................................................................................................................................... 51 3.3. Fases de la investigación .................................................................................................................................. 52 3.3.1. Fase Exploratoria .................................................................................................................................... 54 3.3.2. Fase Descriptiva...................................................................................................................................... 54 3.3.3. Fase Comparativa Analítica .................................................................................................................. 55 3.3.4. Fase Propositiva...................................................................................................................................... 55 3.3.5. Fase Evaluativa ....................................................................................................................................... 56

CAPÍTULO IV. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS ...................................... 58 4.1. Datos obtenidos en la fase descriptiva .......................................................................................................... 58 4.2. Datos obtenidos en la fase comparativa analítica....................................................................................... 60 4.2.1. Categorías de las máquinas industriales del estudio............................................................................ 60 4.2.2. Descripción general de la obtención de datos....................................................................................... 61 4.2.3. Descripción de cada caso de estudio....................................................................................................... 61

v CAPÍTULO V: PROPUESTA .......................................................................................... 92 5.1. Guía metodológica de identificación de problemas y su solución. ........................................................ 92 5.1.1. Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina. ............................................................. 92 5.1.2. Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución .............................. 93 5.1.3. Paso 3. Realización de la prueba manual........................................................................................... 95 5.1.4. Paso 4. Diseño y fabricación de la placa. ......................................................................................... 102 5.1.5. Paso 5. Programación.......................................................................................................................... 102

CAPÍTULO VI: VALIDACIÓN POR EXPERTOS ........................................................ 107 6.1. Expertos encuestados ...................................................................................................................................... 107 6.2. Análisis de las respuestas de los expertos encuestados. ......................................................................... 109 6.3. Conclusión de los expertos ............................................................................................................................. 110

CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................... 112 7.1. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................. 112 7.2. RECOMENDACIONES .................................................................................................................................... 113 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................................ 114 ANEXO 1. PLAN DE ESTUDIOS DE LA CARRERA DE EL ECTRÓNICA .................................................................. 117 ANEXO 2. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS (Entrevista) ................................................................................... 119 ANEXO 3. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS (Encuest a a expertos) ................................................................. 120 ANEXO 4. DETALLE DE PROGRAMACIÓN ............................................................................................................. 121 ANEXO 5. DETALLE DEL DIAGRAMA DE CONEXION ES ...................................................................................... 143 ANEXO 5. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS ................................................................................................................... 144

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Esquema funcional de la máquina de vapor de Watt..................................................................... 17 Ilustración 2: Robótica en la industria ...................................................................................................................... 21 Ilustración 3: Esquema de un alternador eléctrico .................................................................................................. 23 Ilustración 4: Tipos de sensores ................................................................................................................................. 24 Ilustración 5: Relación entre los sensores y los actuadores................................................................................... 25 Ilustración 6: Diferentes botones o pulsadores y su función................................................................................. 26 Ilustración 7: Resistencias........................................................................................................................................... 27 Ilustración 8: Tipos de condensadores y sus tamaños ............................................................................................ 28 Ilustración 9: Tipos de inductores o bobinas ........................................................................................................... 28 Ilustración 10: Tipos de Diodos ................................................................................................................................. 31 Ilustración 11: Tipos de transistores.......................................................................................................................... 31 Ilustración 12: Optoacoplador con un LED ............................................................................................................. 32 Ilustración 13: Chip en PCB (printed circuit board)............................................................................................... 33 Ilustración 14: Piezas de microcontroladores .......................................................................................................... 34 Ilustración 15: Multímetro analógico ........................................................................................................................ 36 Ilustración 16: Multímetro dig ital.............................................................................................................................. 36 Ilustración 17: Osciloscopio analógico (izq) y d igital (der) .................................................................................. 37 Ilustración 18: Modelos de motores paso a paso .................................................................................................... 39 Ilustración 19: Conexión del motor a corriente continua (CC) ............................................................................ 40 Ilustración 20: Motor de corriente continua con imán ........................................................................................... 40 Ilustración 21: Servo motor ........................................................................................................................................ 41 Ilustración 22: Motor con rotor jaula de ardilla ...................................................................................................... 41 Ilustración 23: Mecanismo del motor jaula de ardilla ............................................................................................ 42

vi Ilustración 24:Electro imán con bobina ..................................................................................................................... 42 Ilustración 25: Gu illotina de la imprenta "Sirena" en desuso por falta de repuestos. ....................................... 63 Ilustración 26: Retiro de la tarjeta y módulos de control antiguos. ..................................................................... 64 Ilustración 27: Tarjeta adaptada e instalada en la guillotina. ................................................................................ 65 Ilustración 28: Máquina Offset de la "Imprenta Sirena" con sus operarios. ...................................................... 66 Ilustración 29: Control dañado que no cuenta con repuesto en el mercado nacional. ...................................... 67 Ilustración 30: Parte del proceso de programación del microcontrolador para sincronizar. ........................... 68 Ilustración 31: Observación de la falla de funcionamiento de la máquina. ........................................................ 69 Ilustración 32: Tarjeta original dañada completa (izquierda) y la tarjeta de repuesto con la parte electrónica solamente. ...................................................................................................................................................................... 69 Ilustración 33: Tarjeta lista para insertarse de nuevo en la máquina. .................................................................. 70 Ilustración 34: Máquina de una imprenta para co mpaginar, engrapar y refilar. ................................................ 71 Ilustración 35: El PLC dañado cuando aún estaba dentro del tablero de control (dentro del círculo ro jo) .. 72 Ilustración 36: Se observa cómo se puso el reemplazo del PLC en el espacio original. .................................. 72 Ilustración 37: Máquina inyectora para pegado de suelas de zapatos ................................................................. 73 Ilustración 38: Controles adaptados en funcionamiento con los enchufes originales. ..................................... 74 Ilustración 39: Maquinaria de industrial para trabajo de campo, tipo retroexcavadora. .................................. 75 Ilustración 40: Información de entradas y salidas para la programación ............................................................ 76 Ilustración 41: A la izquierda la tarjeta de control orig inal, a la derecha la fabricada para repuesto ............ 77 Ilustración 42: Programación y rearmado de la tarjeta. ......................................................................................... 78 Ilustración 43: La grúa sin funcionamiento, en el estacionamiento de la emp resa ........................................... 79 Ilustración 44: Tarjeta de control dañada que fue retirada de la máquina .......................................................... 80 Ilustración 45: La tarjeta diseñada antes de armarla para que funcione.............................................................. 80 Ilustración 46: Máquina envasadora detenida en la fábrica. ................................................................................. 81 Ilustración 47: Tarjeta diseñada para poder hacer el reg istro de corte exacto ................................................... 82 Ilustración 48: Se h izo la adaptación del espacio para colocar la tarjeta ............................................................ 83 Ilustración 49: Máquina industrial para fabricar toallas ........................................................................................ 84 Ilustración 50: Tarjeta de control original que tenía fallas intermitentes............................................................ 85 Ilustración 51: Tarjeta de control de reemp lazo, encima de una de las toallas de producción de la fábrica 85 Ilustración 52: La máqu ina soldadora con uno de los operarios. ......................................................................... 86 Ilustración 53: Tarjeta original dañada ..................................................................................................................... 87 Ilustración 54: Tarjeta fabricada (izquierda) comparada con la original (derecha) utilizando los mismos cables .............................................................................................................................................................................. 87 Ilustración 55: Fuente 1 de alimentación de PIC .................................................................................................... 97 Ilustración 56: Fuente 2 de alimentación de PIC .................................................................................................... 97 Ilustración 57: Fuente para entrada y salida............................................................................................................. 98 Ilustración 58: Fuente simétrica ................................................................................................................................. 98 Ilustración 59: Sensor de lu z con LDR ..................................................................................................................... 98 Ilustración 60: A mplificador operacional 1 ............................................................................................................. 99 Ilustración 61: A mplificador operacional 2 ............................................................................................................. 99 Ilustración 62: Conversor de onda senoidal a onda cuadrada ............................................................................. 100 Ilustración 63: Diagrama de conexiones 1 ............................................................................................................. 100 Ilustración 64: Diagrama de conexiones 2 ............................................................................................................. 101 Ilustración 65: Diagrama de conexiones 3 ............................................................................................................. 101 Ilustración 66: Caso Nº 10, Máquina co mpaginadora y engrapadora con falla en PLC ................................ 143

vii ÍNDICE DE TABLAS TABLA TABLA TABLA TABLA TABLA

1: 2: 3: 4: 5:

COMPARACIÓN DE COSTOS…………………………………………………….……….45 TIPOS DE MÁQUINAS ANALIZADAS.………………………………………….……….53 RESUMEN DE LAS RESPUESTA S DE LA ENCUESTA A EXPERTOS………………..60 COSTO DE LA SOLUCIÓN CON PIC .……………..……………………………………..90 RESUMEN DE LAS RESPUESTA S SOBRE USO DE PIC………………………………109

viii

RESUMEN La presente tesis pretende ser un aporte que motive a incorporar el empleo del microcontrolador en los equipos industriales obsoletos y/o que se encuentran sin funcionamiento, por falta de repuestos originales, en las pequeñas y medianas empresas, o cualquier tipo de industria con maquinaria en mal estado. El microcontrolador, es un dispositivo electrónico moderno y de bajo precio que puede intervenir en: 

El diseño de una tarjeta de control de una máquina.



Adaptación a las tarjetas originales, en la parte con falla.

En las máquinas controladas por microcontrolador para que funcionen correctamente, deben observarse los siguientes aspectos: 

La lógica entre entradas y salidas, válido para un diseño nuevo.



Conociendo la señal de salida que necesitamos, buscar la señal de entrada que sincronice con esa señal de salida, válido para sustituir una parte del control existente.



Utilizar los elementos adecuados, activos y pasivos, en la elaboración de la tarjeta, para poder abaratar los costos.



Proteger adecuadamente al micro controlador para evitar su re inicialización.

Los microcontroladores son una contribución positiva y económica al desarrollo regional porque con los elementos periféricos adecuados sumados a la habilidad del diseñador, son capaces de confeccionar una tarjeta que sea económica, confiable y reparable rápidamente. El presente estudio se realiza al sistematizar diez experiencias de reparación de máquinas industriales como propuesta de solución eficiente y económica para los problemas electrónicos en casos de no contar con repuestos u otra opción de reparación. Palabras Clave: Tecnología alternativa. Microcontroladores. Los PIC como tecnología alternativa. Habilitación de equipos defectuosos.

ABSTRACT The thesis aims to contribute to motivate the integration of microcontroller in machines that present main failures or are obsolete, due to lack of original parts, for small and medium-sized enterprises, or any other enterprise with broken industrial machinery. Microcontrollers, a modern low-cost tool can participate through: 

The design of a control card in a machine.



Adaptation to the original cards in the faulted.

On machines controlled by microcontroller to work properly, you must observe the following: 

Logic inputs and outputs, valid for a new design.



Knowing the output signal, we need seek input signal to synchronize with the output signal valid to replace part of the existing control.



Use the right elements, active and passive, card making, in order to lower costs.



To provide adequate protection to prevent the microcontroller reset.

Microcontrollers are a positive contribution to economic and regional development because with the appropriate peripherals combined with the ability of the designer, are capable of pattern a card that is: Economic, Reliability and promptly repair. This study is the systematization of ten industrial machines repair experiences to be presented as an efficient and economic proposed solution for electronic problems, in all cases where parts or repair is not possible. Keywords: Alternative technology. Microcontrollers. The PIC as an alternative technology. Enabling defective equipment.

INTRODUCCIÓN En la actualidad, el Departamento de Santa cruz, es el de mayor desarrollo en la industria en general de todos los departamentos del Estado Plurinacional de Bolivia, la Tecnología utilizadas para los diferentes procesos industriales es muy diversas, ya que algunas utilizan maquinarias de última generación, algunas industrias tienen en funcionamiento máquinas fabricada desde los años 1960. Las máquinas industriales de última generación generalmente cuentan con soporte técnico, mantenimiento y dotación de repuestos, por parte de los representantes en nuestro país, por lo que su funcionamiento está prácticamente garantizado. En contraste con ello, las máquinas industriales antiguas ya no cuentan con soporte técnico, mantenimiento y dotación de repuestos, principalmente porque la mayoría de los representantes ya no se encuentran operando en el país, porque en muchos casos los fabricantes tan poco existen en su país de origen. Pese a todo ello, el funcionamiento de las máquinas industriales es relativamente normal, debido a que operadores y técnicos ya están familiarizados con reparaciones menores y gracias a muchos años de experiencia en la industria.

Por otro lado, en la actualidad ingresan a nuestro país por importación directa una gran cantidad de máquinas por parte de los propietarios de las industrias o comercializadores efímeros. Por esta razón, y a fin de ahorrar en costos, generalmente son de medio uso por lo que no ofrecen ninguna garantía de servicios técnicos, ni provisión de repuestos, ni manuales de operación, tampoco mantenimiento o reparación. Este es el grave problema de cuando ocurre una falla de la máquina que podría ocasionar el paro del proceso productivo, o una parte de la planta industrial, lo cual puede también ocasionar significativas pérdidas económicas, por el tiempo que demandaría la reparación de la máquina industrial, la búsqueda de un repuesto o su cambio total.

xi Dada la descripción anterior se evidencia problemas reales que demandan proponer alternativas prácticas y de aplicación efectiva, para la continuidad de funcionamiento de las máquinas industriales que no ofrecen ninguna garantía, servicios técnicos, ni provisión de repuestos ni manuales de operación, mantenimiento y reparación y que causan significativas pérdidas a la industria tomando en cuenta que se trate de una empresa pequeña, mediana o grande.

CAPÍTULO I

CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.

Antecedentes

Como se ha descrito en el parágrafo anterior, es común encontrar equipos importados que no tienen representación comercial ni técnica en este país, debido a esto, no cuentan con respaldo técnico o repuesto que le permitan afrontar cualquier eventualidad en esas maquinarias. Para la solución de las fallas mecánicas, generalmente se recurre a las industrias metalmecánica que han desarrollado una tecnología para la fabricación de partes mecánicas, por lo que de alguna manera existe solución artesanal para estos problemas, mientras que cuando se trata de fallas en el sistema de control electrónico, hay dificultades para su solución, porque no hay repuestos en el mercado local y, en muchos casos, ni en el exterior. Además, la industria electrónica local y nacional no se ha desarrollado para afrontar la solución de este tipo de problemas electrónicos, y es por eso que se debe optar por la creatividad de los profesionales del área de electrónica en coordinación con otros técnicos mecánicos y eléctricos, principalmente. Es importante aportar al desarrollo regional con ideas que lleven a soluciones prácticas y aporten también a la creación de nuevos empleos, ampliando no sólo el conocimiento, sino también el mercado laboral de los profesionales técnicos y los empíricos. De este modo, se ha realizado el abordaje de la problemática para formular los siguiente s problemas y objetivos de esta investigación.

1.2.

Formulación del problema principal

¿Qué alternativas eficientes y económicas utilizando microcontroladores (PIC) se pueden ofrecer para resolver problemas técnicos en máquinas industriales (con mecanismos de control automático) que no tienen repuesto de reemplazo en el mercado local o internacional?

1.3.

Formulación de los problemas secundarios

Problema secundario 1: ¿Cuáles son las posibles soluciones técnicas susceptibles de ser utilizadas en el reemplazo de partes electrónicas de máquinas industriales que se encuentren disponibles? Problema secundario 2: ¿Cómo son los diferentes tipos de maquinarias industriales que tienen componentes electrónicos que presentan problemas de funcionamiento adecuado? Problema secundario 3: ¿Cuáles son las fases para optar por una solución de diseño de circuitos electrónicos que devuelva las funciones a una máquina industrial con problemas de funcionamiento adecuado?

1.4.

Formulación del objetivo principal

Caracterizar las alternativas eficientes y económicas utilizando microcontroladores (PIC) se pueden ofrecer para resolver problemas técnicos en máquinas industriales (con mecanismos de control automático) que no tienen repuesto de reemplazo en el mercado local o internacional, para la propuesta de una guía metodológica de identificación de problemas y su solución con microcontroladores en máquinas industriales.

1.5.

Formulación de los objetivos secundarios

Objetivo secundario 1: Identificar las posibles soluciones técnicas susceptibles de ser utilizadas en el reemplazo de partes electrónicas de máquinas industriales que se encuentren disponibles. Objetivo secundario 2: Clasificar los diferentes tipos de maquinarias industriales que tienen componentes electrónicos que presentan problemas de funcionamiento adecuado.

15 Objetivo secundario 3: Determinar todas las fases para optar por una solución de diseño de circuitos electrónicos que devuelva las funciones a una máquina industrial con problemas de funcionamiento adecuado. El procedimiento de solución de los problemas, donde se observa el logro de los objetivos hasta la propuesta, está detallada en los capítulos siguientes.

CAPÍTULO II

CAPÍTULO II: SUSTENTO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN

En este capítulo se abordará todo lo que se refiere a la parte técnica de las máquinas industriales y los microcontroladores para poder sustentar, desde lo conceptual, lo referido a las soluciones tecnológicas y sus características principales. Desde el siglo XVII en el Reino Unido, que tenía una gran cantidad de personas trabajando en condiciones infrahumanas, marcó la llegada de la industria con la primera máquina, que era el invento de James Watt con la máquina de vapor. La llegada de la era industrial (1760-1830) se mejoró no sólo las condiciones de trabajo, sino también la producción en masa. De esta manera, es importante rescatar la necesidad de cuidad de las máquinas para que sirvan su propósito de apoyar el trabajo de las personas. (Villanueva, 1998 )

2.1. Componentes importantes de una máquina industrial Una máquina industrial, es concebida como un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Es, en pocas palabras cualquier artefacto que sea capaz de transformar un tipo de energía en otro (Méndez, 2011) además de prestar un servicio para la satisfacción de una determinada necesidad.

Ilustración 1: Esquema funcional de la máquina de vapor de Watt

18 En ese sentido, se necesita conocer que cualquier máquina industrial ha de necesitar de cuidados para evitar daños, por lo que se requiere de hacer cuidados de manera preventiva o bien, correctiva, lo cual se explicará más adelante. Para comenzar, tenemos que abordar el concepto de las diversas máquinas industriales que se encuentran en funcionamiento en la actualidad en nuestra región, las cuales, para fines de este estudio, se han clasificado de la siguiente manera: A. Maquinas industriales para imprenta: máquinas que participan en diferentes momentos de la impresión o producción de materiales impresos. En este caso específico se trata de máquinas offset que utilizan tinta líquida, planchas metálicas y una compleja maquinaria de engranajes y rodillos para la transmisión de la tinta al papel. Sin embargo, también están las partes que realizan el cortado, organizado de las hojas y empastado o encuadernación de los libros impresos.

B. Máquinas industriales para zapatería: son máquinas industriales que participan en algún momento de la fabricación masiva de calzados. En el caso del presente estudio, se trata de una máquina que se encarga del pegado de las suelas de los calzados, cuya función principal es realizar el ajuste de presión necesaria con la válvula y pegar la suela al calzado.

C. Máquinas industriales para trabajo de campo: Las retroexcavadoras son máquinas conocidas también como excavadoras hidráulicas, que sirven para apoyar trabajos que requieren realizar hoyos en terrenos, tanto en el agro como la minería. En el caso del presente estudio, se trata de una

19 máquina en la que está compuesta de ruedas de caucho, una cabina del conductor donde se encuentran la dirección y frenos.

D. Máquinas industriales de carga: Las grúas (tipo canastillo) las cuales, dependiendo del tipo de mecanismo que empleen (poleas, contrapesos, rieles, ruedas, etc.), tendrán una función en el lugar de trabajo. En el caso de la de este tipo, tiene una canastilla que se emplea para manipular los contenedores con cargamento de un lugar a otro, donde puede acceder una persona a lugar altos como postes de alumbrado eléctrico, entre otros.

E. Máquinas industriales en la fabricación de productos alimenticios: En este caso una envasadora de productos alimenticios, que es una que se encarga de realizar el cortado en una parte específica del cartón, que debe tener una precisión milimétrica para no desviarse de la parte impresa al momento de realizar el corte y proceder a la embandejadora.

F. Máquinas industriales para la fabricación de textiles: Este es el caso de la industria hilandera con la fabricación de toallas. Estas máquinas trabajan constantemente y a alta velocidad produciendo el tejido que requiere la tela de una toalla. Dependiendo del diseño y color, la máquina puede ser programada para darle distintos

20 acabados y de ello depende la programación que se haga a la máquina para que combine los diferentes hilos.

G. Máquinas industriales para maestranza: En el caso de este estudio, es una máquina de soldadura continua, que puede lograr soldadura de piezas de alta precisión, que es utilizado en fabricación en masa. La soldadura de Arco Sumergido (SAW o Sumerged Arc Welding) es como un flujo constante sobre el arco, que además de evitar la contaminación atmosférica, puede ser reutilizado.

2.2. La automatización industrial El significado viene del griego antiguo auto que es “guiado por uno mismo”, y se refiere al uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos, para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. La Automatización Industrial (Crespo, 2011) es posible gracias a la unión de distintas tecnologías, por ejemplo: la instrumentación nos permite medir las variables de la materia en sus diferentes estados, gases, sólidos y líquidos, (eso quiere decir que medimos cosas como el volumen, el peso, la presión etc.), la olehidraulica, la neumática, los servos y los motores son los encargados del movimiento, nos ayudan a realizar esfuerzos físicos (mover una bomba, prensar o desplazar un objeto), los sensores nos indican lo que está sucediendo con el proceso, donde se encuentra en un momento determinado y dar la señal para que siga el siguiente paso, los sistemas de comunicación enlazan todas las partes y los Controladores Lógicos Programables o por sus siglas PLC, se encargan de controlar que todo tenga una secuencia, toma decisiones de acuerdo

21 a una programación pre establecida, se encarga de que el proceso cumpla con una repetición, a esto debemos añadir otras tecnologías como el vacío, la robótica, telemetría y otras más

Ilustración 2: Robótica en la industria

Otra de las partes importantes para describir es el alternador de una máquina eléctrica, que es la parte capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante Inducción electromagnética. Los alternadores se basan en el principio de la inducción electromagnética, el cual dice que conductor sometido a un campo magnético variable crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa. El alternador tiene dos partes básicas, según esta breve explicación (Ingeniatic, 2013): A. Inductor: Es la parte del alternador la cual genera el campo magnético variable, lo realiza debido a que es una parte móvil del alternador, esta parte está constituida usualmente por una cabeza hueca de una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre. Los inductores pueden estar también en circuitos integrados, usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. Los inductores constan a su vez de diversas partes:

22 -Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar. -Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor. -Devanado inductor: Es el conjunto de espiras de cable o material ferromagnético destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica. -Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro. -Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia. -Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina. Dicho inductor, genera un campo magnético variable, al girar o al moverse (aplicando en él una energía mecánica), que afecta a la parte fija del alternador, el estator o inducido.

B. Inducido: Parte estática del alternador y está formado por un cilindro hueco de chapas apiladas de hierro o un material ferromagnético con las ranuras en la parte interior, donde se alojan las bobinas. En estas se induce la fuerza electromotriz cuando el inductor gira en el interior del inducido. Las bobinas del inducido se conectan a unos bornes que están en el exterior de la carcasa del alternador, con el fin de conectarlas al circuito exterior al que entregan la corriente inducida, y dichas bobinas están constituidas generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las 36 ranuras, que forman el estator. Estos tres arrollamientos, o fases del alternador, pueden ir conectados según el tipo: en estrella o en triángulo, obteniéndose de ambas formas una corriente alterna trifásica, a la salida de sus bornes. Una muestra es la ilustración siguiente:

Ilustración 3: Esquema de un alternador eléctrico

Otra parte importante de una máquina es el sensor, que es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, PH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación, con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor (PCE Instruments, 2015).

24 Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

Ilustración 4: Tipos de sensores

Otro elemento importante a considerar dentro de una máquina industrial automatizada, es el actuador, el cual es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico” (Vildósola, 2011). Existen varios tipos de actuadores como son: Electrónicos, Hidráulicos, Neumáticos, Eléctricos. Los actuadores más usuales son: 

Cilindros neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos lineales.



Motores (actuadores de giro) neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos de giro por medio de energía hidráulica o neumática.



Válvulas. Las hay de mando directo, motorizadas, electro-neumáticas, etc. Se emplean para regular el caudal de gases y líquidos.



Resistencias calefactoras. Se emplean para calentar.

25 

Motores eléctricos. Los más usados son de inducción, de continua, sin escobillas y paso a paso.



Bombas, compresores y ventiladores. Movidos generalmente por motores eléctricos de inducción.

Ilustración 5: Relación entre los sensores y los actuadores

Es también importante la descripción del botón o pulsador que es un dispositivo utilizado para realizar cierta función. Los botones son de diversas formas y tamaño y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos. Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su posición de reposo. Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA o NO (Normally Open, en inglés) o con un contacto normalmente cerrado en reposo (Electrónica Práctica Aplicada, 2010).

Ilustración 6: Diferentes botones o pulsadores y su función

2.3. Componentes eléctricos de las máquinas industriales En cuanto a la parte eléctrica que es necesario describir en una máquina industrial, tenemos los siguientes componentes: La resistencia eléctrica que se refiere a la igualdad de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un conductor. Todos los conductores ofrecen una resistencia al paso de la corriente eléctrica, aunque puede ser que unos más que otros. En ocasiones, es interesante introducir en los circuitos eléctricos unos dispositivos llamados resistencias cuya única misión es oponerse al paso de la corriente eléctrica con el fin, entre otras cosas, de disminuir la intensidad de corriente que circula por una determinada sección del circuito. Normalmente se emplea carbono en su fabricación y el valor de su resistencia R en ohmios viene expresado por medio de un código de colores. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm (1787-1854), quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre (Fernández & Coronado, 2013).

Ilustración 7: Resistencias Un condensador eléctrico o capacitor (por su anglicismo), por otra parte, es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Aunque, desde el punto de vista físico, un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente, al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica, que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga. (Electrónica Práctica Aplicada, 2010)

Ilustración 8: Tipos de condensadores y sus tamaños

También está el inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior. (Unicrom, 2013) Este caso se da en forma continua, cuando una bobina o inductor está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.

Ilustración 9: Tipos de inductores o bobinas

29 Otro elemento importante es el diodo el cual también es un componente electrónico, compuesto de dos terminales, es el que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad, que consta de una pieza de cristal semiconductor, conectada a dos terminales eléctricos. Esta es una parte que se encuentra en todos los aparatos electrónicos. Existen varios tipos de diodos, como se detalla a continuación: A. Diodos rectificadores. Son los que facilitan el paso de la corriente continua en un sólo sentido (polarización directa), en otras palabras, si hacemos circular corriente alterna a través de un diodo rectificador esta solo lo hará en la mitad de los semi-ciclos, aquellos que polaricen directamente el diodo, por lo que a la salida del mismo obtenemos una señal de tipo pulsatoria pero continua.

B. Diodos de Tratamiento de señal (RF) son los de radio frecuencia en los que se intenta que dicha capacidad sea reducida a su mínima expresión, lo cual ayudará a que el diodo conserve todas sus habilidades rectificadoras, incluso cuando trabaje en altas frecuencias. Entre los diodos más preparados para lidiar con las altas frecuencias destaca el diodo denominado Schottky. Este diodo fue desarrollado a principio de los sesenta por la firma Hewletty, deriva de los diodos de punta de contacto y de los de unión PN de los que han heredado el procedimiento de fabricación.

C. Diodos de capacidad variable (VARICAP) donde la capacidad formada en los extremos de la unión PN puede resultar de gran utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual se está utilizando el diodo. Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, además de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor óhmico, lo que conforma un capacitor de elevadas pérdidas. Sin embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia en paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un capacitor con muy bajas pérdidas.

30 D. Diodo Zener, es capaz de trabajar en la región en la que se da el efecto del mismo nombre cuando las condiciones de polarización así lo determinen y volver a comportarse como un diodo estándar toda vez que la polarización retorne a su zona de trabajo normal. En resumen, el diodo Zener se comporta como un diodo normal, a no ser que alcance la tensión zener para la que ha sido fabricado, momento en que dejará pasar a través de él una cantidad determinada de corriente.

E. Fotodiodos, no son diodos en los cuales se ha optimizado el proceso de componentes y forma de fabricación de modo que la influencia luminosa sobre su conducción sea la máxima posible. Esto se obtiene, por ejemplo, con fotodiodos de silicio en el ámbito de la luz incandescente y con fotodiodos de germanio en zonas de influencia de luz infrarroja. F. Diodos LED 1 o luminiscentes, podemos encontrarlos en diferentes formas, tamaños y colores. La forma de operar de un LED se basa en la recombinación de portadores mayoritarios en la capa de barrera cuando se polariza una unión Pn en sentido directo. En cada recombinación de un electrón con un hueco se libera cierta energía. Esta energía, en el caso de determinados semiconductores, se irradia en forma de luz, en otros se hace de forma térmica. Dichas radiaciones son básicamente monocromáticas (sin color). Por un método de "dopado" del material semiconductor se puede afectar la energía de radiación del diodo (Electrónica. Circuitos electrónicos e información técnica, 2008).

El nombre de LED se debe a su abreviatura en inglés ( Light Emmiting Diode )

Ilustración 10: Tipos de Diodos

El transistor es otro de los dispositivos electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor o «resistencia de transferencia». Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros. Se puede decir que el transistor es un dispositivo con tres terminales, donde dos de ellos son de fuerza y uno es de control, donde el de control dará paso o no a la conducción a través de los dos terminales de fuerza. (Electrónica. Circuitos electrónicos e información técnica, 2008)

Ilustración 11: Tipos de transistores

32 Un optoacoplador también llamado optoaislador, o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotoreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.

Ilustración 12: Optoacoplador con un LED

Por otro lado, un componente indispensable es el circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso. Dentro de la familia de los circuitos integrados disponibles hoy en día en el mercado podemos encontrar tres apartados fundamentales: (Ingeniatic, 2013) 

Circuitos integrados lineales analógicos.



Circuitos integrados digitales.



Circuitos de tipo híbrido.

Ilustración 13: Chip en PCB (printed circuit board)

2.4. Los microcontroladores como elementos clave de una máquina industrial El microcontrolador (PIC), su nombre viene de las siglas PIC en inglés (Peripheral Interface Controller), que significa Controlador de Interface Periférica. Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compañía General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseñado para propósitos completamente diferentes. Diez años más tarde, al añadir una memoria EEPROM, este circuito se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC. Hace unos pocos años la compañía Microchip Technology fabricó la 5 billonésima muestra. Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida (PCE Instruments, 2015). Algunos microcontroladores pueden utilizar cuatro bits y funcionan a velocidad de reloj, con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia (mW o microvatios). Por lo general, tendrá la capacidad para mantener la funcionalidad a la espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción, el consumo de energía durante el estado de reposo (reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría) puede ser

34 sólo nanovatios, lo que hace que muchos de ellos muy adecuados para aplicaciones con batería de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir para roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía más altos. Cuando es fabricado el microcontrolador, no contiene datos en la memoria ROM. Para que pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del microcontrolador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores; sin embargo, para que el programa pueda ser grabado en la memoria del microcontrolador, debe ser codificado en sistema numérico hexadecimal que es finalmente el sistema que hace trabajar al microcontrolador cuando éste es alimentado con el voltaje adecuado y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento (Angulo, 1997). Un módulo de control electrónico, también denominado unidad de control electrónica, es el sistema integrado que se utiliza para controlar las funciones del sistema eléctrico. Un sistema integrado es un sistema de computadora que consta de piezas mecánicas y de herramientas utilizadas para realizar una o varias funciones dedicadas (E. Duque-CEKIT S.A., 1997).

Ilustración 14: Piezas de microcontroladores

Con la experiencia de trabajo en el área de electrónica, conocemos que cualquier falla que ocurre en la máquina requiere de información precisa de los operarios, sobre alguna falla que haya tenido físicamente alguno de estos componentes. La base del funcionamiento adecuado es que ninguno de estos componentes esté fallando, porque el

35 momento en que comienza a fallar, se requiere identificar cuál es la parte que genera un error en funcionamiento.

2.5. Mantenimiento de una máquina industrial El mantenimiento de cualquier máquina requiere de la intervención de personas con la capacitación y experiencia en el área, por un lado mecánica y por otro, electrónica. Toda máquina ha de requerir de un mantenimiento de tipo preventivo y correctivo, que según Enrique Dounce Villanueva en su obra la Productividad en el Mantenimiento Industrial (1998), explica cada uno de los tipos de mantenimiento: 2.5.1. Mantenimiento Correctivo. Es la actividad que el ser humano realiza en los recursos físicos de una empresa, cuando a consecuencia de una falla han dejado de brindar la calidad de servicio estipulado. Este se subdivide a su vez en: A. Correctivo Contingente. Refiriéndose a las actividades que se realizan de forma inmediatas. B. Correctivo Programable. Refiriéndose a las actividades que se llevan a cabo en aquellas máquinas que aún no lo necesitan, pero por proporcionar un mejor servicio se realizan con anterioridad. 2.5.2. Mantenimiento Preventivo. Es la actividad que el hombre desarrolla en los recursos físicos de una empresa, con la finalidad de garantizar que la calidad de servicio que éstos proporcionan siga dentro de los límites establecidos. Este tipo de mantenimiento siempre es programable y cuenta con diversos procedimientos para llevarlo a cabo: A. Predictivo. Es un sistema permanente de diagnóstico que permite identificar con anterioridad la probable pérdida de calidad de servicio que esté entregando la máquina. B. Periódico. Este procedimiento se lleva a cabo periódicamente como su nombre lo señala con el fin de aplicar las actividades, después de determinadas horas de

36 funcionamiento del equipo, en el que se le ejecutan pruebas y se realizan algunos cambios de piezas pertinentes. C. Analítico. Se basa en un análisis muy profundo de la información que se obtiene de las máquinas más importantes de la empresa, y por medio de visitas pueden ser inspeccionados con la frecuencia necesaria para que el analista pueda contar con material de consulta necesario. D. Progresivo. Consiste en efectuar el mantenimiento por partes, progresando en él de acuerdo a los tiempos ociosos de la máquina. E. Técnico. Es una combinación del mantenimiento periódico y del progresivo.

2.5.3. Herramientas de diagnóstico Se necesitan estas tres herramientas básicas para realizar los diagnósticos a una máquina, ya sea para detectar una falla o bien para reparala: el multímetro o tester, el osciloscopio y pinza amperimétrica (Equipos y Laboratorio de Colombia SAS, 2015). A. Multímetro: Es indispensable para medir las magnitudes eléctricas en una máquina industrial que requiere una revisión de una falla. Existen dos tipos de testers: los analógicos, que tienen un marcador con una aguja, y los digitales, que tienen un panel numérico para leer los valores medidos.

Ilustración 15: Multímetro analógico

Ilustración 16: Multímetro digital

37 B. Osciloscopio: Este instrumento electrónico que permite la visualización de las señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Estos también, al igual que los testers, pueden ser analógicos o digitales. Actualmente se utilizan más los digitales, por la facilidad de transferencia las medidas a una computadora. Es más fácil de transferir a una computadora y comparar las medidas realizadas, además muestra valores más precisos, hace cálculos avanzados y captura de transitorios.

Ilustración 17: Osciloscopio analógico (izq) y digital (der)

C. Pinza amperimétrica: Este instrumento de medición sirve para la medición de intensidades en conductores activos sin la necesidad de interrumpir el circuito. (Altamirano, 2016) Puede reemplazar al multímetro porque se puede medir la intensidad amordazando el conductor, como se muestra en la figura:

2.6.

Funcionamiento de las máquinas industriales

Tomando en cuenta todos los componentes electrónicos y eléctricos que se han descrito anteriormente, es necesario abordar brevemente lo que es el funcionamiento de las máquinas, puesto que hay otras partes que tienen importancia y pueden, eventualmente fallar. Primeramente, debemos identificar que las máquinas pueden ser simples, si emplean un solo paso para realizar su tarea, por lo cual están denominadas según esa

38 simple tarea que realizan (cortadora, etc.), y las máquinas que son compuestas, o que utilizan una gran cantidad de pasos para realizar tareas. Dentro de esta clasificación de máquinas compuestas, se encuentran las máquinas que pueden ser clasificadas según la tecnología que utilicen, como ser: mecánica, electrónica, térmica, eléctrica, química y otras combinaciones, ya que en la actualidad, hay muchas máquinas industriales que utilizan varias de estas combinaciones para su funcionamiento. (Maquinas, 2015) También se tienen en cuenta las máquinas industriales de tipo de funcionamiento eléctrico, hidráulico, térmico y de brazo robótico, en otra clasificación. (Industrial Enfineering and Innovation, 2014) Una parte imprescindible del funcionamiento de una máquina es el motor, que es la parte sistemática de una máquina y es la que hace funcionar todo el sistema, para realizar alguna determinada tarea, se alimenta de algún tipo de energía, que puede ser eléctrica, combustible y otra. En este sentido, describiremos brevemente algunas partes importantes de una máquina industrial desde el tipo de motor que utilizan para el funcionamiento: 2.6.1 Motor eléctrico. Para comenzar, se describen los motores eléctricos denominados “paso a paso”, que son motores que tiene rotor imán permanente y dos bobinas en el estator, por lo tanto energizan una bobina en un sentido, luego el otro nuevamente, el primero en un sentido y el segundo en sentido contrario, se puede mover el rotor. Con secuencia de cuatro pasos, el resto es la repetición. En este, la velocidad depende de la cantidad de polos y la velocidad de repetición de secuencia hasta la máxima velocidad indicada en el motor. La mayoría de los motores paso a paso conocidos se pueden hacer avanzar a frecuencias de audio, lo que permite que puedan girar muy velozmente. Gracias a un controlador, se puede hacer arrancar y detenerse a un motor, según lo que se desee y se marque previamente. (Carletti, 2007-2016)

Ilustración 18: Modelos de motores paso a paso

2.6.2

Motores universales.

Son motores que están conectados a las bobinas de campo e inducidos en serie, puede energizarse con CC (corriente continua) o con CA (corriente alterna). Para mantener la velocidad se requiere un sensor de velocidad en el eje de motor, cambiando la tensión de alimentación cambia la velocidad, pero cuando cambia la carga también cambia la velocidad. El llamado motor universal es básicamente un motor devanado del tipo serie que opera aproximadamente la misma velocidad y potencia de salida, ya sea con corriente alterna o con corriente continua y aproximadamente el mismo voltaje. La armadura de un motor tipo universal es de la misma construcción que la de un motor ordinario tipo serie (Gotopo, 2015)

2.6.3

Motores de corriente continua conexión en paralelo

Son motores con estator (campo) conectado a una tensión fija, debe energizar primero y el inducido debe energizar con retardo, cambiando la tensión del inducido podemos

40 cambiar la velocidad del motor normalmente por modulación de ancho de pulso (PWM), como se ve en la siguiente imagen:

Ilustración 19: Conexión del motor a corriente continua (CC)

2.6.4

Motores de corriente continua con imán permanente

Son motores que tienen campo con imán permanente, por este motivo no necesitamos preocuparnos del campo ni retardo para energizar el inducido, el cambio de velocidad del motor se realiza normalmente por modulación de ancho de pulso (PWM).

Ilustración 20: Motor de corriente continua con imán

Los motores con rotor imán permanente se los conoce como servo motor. Son motores que tiene rotor imán permanente y estator bobinado trifásica, con indicador de la posición de rotor y encoder, por este motivo son secuencia de 6 pasos, debe sincronizar con su respectivo sincronizador, contando la cantidad de pasos se puede determinar el

41 avance o retroceso, (en muchos caso no lleva encoder para conteo de longitud avance o posicionamientos, aunque tiene una entrada adicional con sensor para referencia de seteo), la referencia adicional tiene aunque tenga encoder giratorio, en caso de encoder longitudinal no se requiere.

Ilustraciรณn 21: Servo motor

2.6.5

Motor trifรกsico con rotor jaula de ardilla

Son los motores de mayor uso industrial (Unicrom, 2013), se puede utilizar variadores de frecuencia para controlar la velocidad del motor, la potencia del motor depende de la velocidad, como se puede apreciar en la figura siguiente:

Ilustraciรณn 22: Motor con rotor jaula de ardilla

Ilustración 23: Mecanismo del motor jaula de ardilla

2.6.6

Válvula o electro imán

Esta parte funciona a partir de la fuerza magnética y pueden utilizarse para diferentes clases de servicio permanente o intermitente que realice la máquina. Este tipo de válvulas son de accionamiento (tragantes) en los cuales su armadura es absorbida hacia el interior de la bobina, debido a las fuerzas electromagnéticas generadas. Según la transmisión de la fuerza de la armadura, pueden clasificarse en modelos de “tiro” o de “empuje”.

Ilustración 24:Electroimán con bobina

43 2.6.7

Válvulas especiales

Estos son aparatos mecánicos o electromecánicos, que tienen la función de abrir y cerrar (on-off) y además regular el flujo, que puede ser líquido, vapor o una mezcla de líquidos con sólidos en suspensión. Para ahorrar energía, especialmente cuando la fuente es una batería, se utiliza este tipo especial de válvulas. Para abrir se energiza la bobina de apertura por un corto tiempo (Ingeniatic, 2013). Para cerrar se energiza la bobina de cierre por un corto tiempo. Las válvulas pueden estar clasificadas según su diseño y su composición, de ahí que los tipos más conocidos son: compuerta, mariposa, bola, globo, retención y diafragma, entre otros.

2.7.

Repuestos para maquinaria industrial en Bolivia

La gran mayoría de las empresas que trabajan con máquinas industriales adquieren éstas en mercados extranjeros y de segunda mano, ya que las máquinas nuevas tienen un precio muy elevado. Esta es la razón principal por la cual no se pueden encontrar repuestos cuando una de las piezas mecánicas o electrónicas falla. Entre las muchas ofertas que existen en el mercado local, están las de venta de productos de industria China. Al ser prácticamente corta su vida útil, estas máquinas son desechadas y reemplazadas por otras. Para el caso de las diez máquinas industriales que han sido objeto de este estudio, se analizan las posibilidades desde el siguiente cuadro:

44 TABLA 1: COMPARACIÓN DE COSTOS NO .

TIPO DE MÁQ UINA

NO MBRE DEL EQ UIPO RESTABLECIDO

MO TIVO DE LA NO REPARACIÓ N

DISPO SITIVO S CAMBIADO S

MICRO CO NTRO LADO R USADO EN EL TRABAJO

CO STO TO TAL DEL MATERIAL

CO STO APRO XIMAD O DE UN REPUESTO IMPO RTADO

Bs Bs

INDUSTRIA LES PARA IM PRENTA

Guillotina

No se pudo encontrar la tarjeta fallada

La tarjeta electrónic os de control

PIC 16F877A

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

1.310.-

313.200.-

Una opción es comprar una nueva guillotina, de similares características, también de segunda mano (modelo 1998) en aproximadamente 45.000.- a 60.000.- Dólares americanos. Se aplica para los casos 2. 3. y 10. 2

INDUSTRIA LES PARA IM PRENTA

M áquina offset 3

No encontraro n el repuesto original en mercado local ni exterior

Tarjeta de control de regulación de velocidad y control de válvula de accionami ento de rodillo de agua.

PIC 16F877A

No existe para este modelo.

Costo de otra máquina de reemplazo

800.-

313.200.-

2 La empresa distribuidora ofrece desde capacitación hasta reparación de las máquinas, con un concesionario

en Bolivia que es Heidelberg Bolivia mohr.com/en/index.html (en Alemania). 3

S.A.,

en la

ciudad de La

Paz.

http://www.polar-

Posibilidades de solicitar partes de la máquina (http://www.konik.net/parts/index/esp), aunque tienen gran cantidad de repuestos para varias marcas, no ofrecen repuestos para este modelo, ya que en la actualidad han cambiado bastante las partes electrónicas e incluso las partes mecánicas que la hacen funcionar.

45 NO .

TIPO DE MÁQ UINA

NO MBRE DEL EQ UIPO RESTABLECIDO

MO TIVO DE LA NO REPARACIÓ N

DISPO SITIVO S CAMBIADO S

MICRO CO NTRO LADO R USADO EN EL TRABAJO

CO STO TO TAL DEL MATERIAL

CO STO APRO XIMAD O DE UN REPUESTO IMPO RTADO

Bs Bs

INDUSTRIA LES PARA IM PRENTA

INDUSTRIA LES PARA ZAPATERÍA

M áquina Offset

Inyector

No encontraron el repuesto original en mercado local

No se encontró el repuesto, ni el fabricante de la máquina

Sincroniza ción de la correcta llegada de papel para accionar presión del cilindro de impresión y contador

PIC 16F877A

Falla en lógica de funcionam iento de PLC sincroniza ción de varias etapa de inyección

4 PIC 16 F877A

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

290.-

313.200.-

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

1.500.-

174.000.-

Una opción para no dejar la industria zapatera sin operar, puede haber sido comprar una nueva máquina, que puede estar en un aproximado de 25.000.- Dólares americanos en un modelo antiguo y de segunda mano, hasta más de 200.000.- Dólares americanos en una máquina nueva, importada desde Argentina, México o China.

INDUSTRIA LES PARA TRABAJO DE CAM PO

Retroexcava dora4

No se encontró es mercado local y por el tiempo de importació n muy largo

Tarjeta de control de marcha interface entre el operador y marcha

PIC16F877 A

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

340.-

243.600.-

Pese a ser un modelo moderno, no cuenta con repuestos en el país.

Existen a la venta, solo repuestos para la marca CAT (http://www.cat.com/es_MX/products/new/parts.html) que puede hacer envíos a todo el mundo.

46 NO .

TIPO DE MÁQ UINA

NO MBRE DEL EQ UIPO RESTABLECIDO

MO TIVO DE LA NO REPARACIÓ N

DISPO SITIVO S CAMBIADO S

MICRO CO NTRO LADO R USADO EN EL TRABAJO

CO STO TO TAL DEL MATERIAL

CO STO APRO XIMAD O DE UN REPUESTO IMPO RTADO

Bs Bs

INDUSTRIA LES DE CARGA

Grúa tipo canastillo

No pudieron encontrar el control en mercado exterior

Tarjeta de control de marcha y accionamiento de grúa

2 PIC 16F877A

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

2.020.-

245.000.-

Al no haber repuestos en el país, la compra de repuestos importados se cotizó por cerca de 3 4.800 Bs (cinco mil dólares americanos), haciendo imposible su reparación. 7

INDUSTRIA LES PARA FABRICACI ÓN DE PRODUCTOS ALIM ENTICIOS

INDUSTRIA LES PARA LA FABRICACIÓN DE TEXTILES

INDUSTRIA LES PARA M AESTRAN ZA

envasador

Fábrica toalla

M áquina para soldadora continua

Fue para implement ar registro y utilizar para lo que no estaba desuñada

No tenía control para el registro

PIC12F675

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo (usada)

960.-

El original reparado presentaba mucho paro de máquina con las condicion es cumplida

Tarjeta de sincroniza ción del sensor de trama y posición de toalla

No se encontró repuesto original en mercado local

Control de velocidad de motor y tiempo que debe estar parado en momento de cambio de dirección

PIC12F675

7.500.No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo (usada)

165.PIC 16 F877A

1.300.No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo (usada)

330.-

3.500.-

En este caso, existe la empresa Hansa (http://www.hansaindustria.com.bo/) en su división industria, pero sólo tiene repuestos para máquinas modernas y de las marcas que ellos pueden importar. Nuevamente se puede recurrir al mercado libre, para la compra de productos o repuestos sin garantía, enviados desde algún punto del planeta.

47 NO .

TIPO DE MÁQ UINA

NO MBRE DEL EQ UIPO RESTABLECIDO

MO TIVO DE LA NO REPARACIÓ N

DISPO SITIVO S CAMBIADO S

MICRO CO NTRO LADO R USADO EN EL TRABAJO

CO STO TO TAL DEL MATERIAL

CO STO APRO XIMAD O DE UN REPUESTO IMPO RTADO

Bs Bs

INDUSTRIA LES PARA IM PRENTA

M aquina compaginadora, engrampadora y refiladora

Optaron por alternativa local

Control de lógica de funcionam iento de la maquina

PIC 16F877A

No existe para este modelo. Costo de otra máquina de reemplazo

720.-

2.7.1

313.200.-

Intermediarios que compran en el exterior

En la mayoría de los casos estudiados, se han tratado de ubicar representantes de la marca o Concesionarios en Bolivia y no existen. Generalmente se pueden ofrecer algunos repuestos sin garantía, a través de Mercado Libre (mercadolibre.com.ar) que es un sitio web que ofrece el espacio para que las personas oferten sus productos nuevos o usados. Lo más próximo a nuestro país es Argentina, pero aun así no existe garantía de funcionamiento del equipo, una vez se instale el repuesto. 2.7.2

Análisis del costo de reparación

En el presente estudio, se ha realizado una clasificación de las máquinas, tal como se describe en el apartado 2.1, según los tipos de máquinas industriales que se han estudiado: A. Máquinas industriales para imprenta (cuatro unidades) B. Máquinas industriales para zapatería (una unidad) C. Máquinas industriales para trabajo de campo (una unidad) D. Máquinas industriales de carga (una unidad) E. Máquinas industriales para fabricación de productos alimenticios (una unidad) F. Máquinas industriales para la fabricación de textiles (una unidad) G. Máquinas industriales para maestranza (una unidad) Según la búsqueda de información, lo más próximo para conseguir repuestos es Argentina, aunque se puede solicitar un pedido a China o México, que eleva el costo del repuesto aún

48 más. Se hace un análisis de los costos, según el cuadro anterior, en el capítulo 4, donde se evidencia el bajo costo del material utilizando los microcontroladores.

2.8 Análisis de la importancia de la tecnología en el desarrollo regional. Para abordar este aspecto, es necesario apoyarse en algunos estudios sobre el tema de la necesidad de formación de los jóvenes bachilleres en carreras técnicas. En un estudio realizado en la ciudadela Andrés Ibáñez de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra (Infantas, Selaya, & Severiche, 2013) se constató la inexistencia de política s públicas para formar técnicos que puedan trabajar en el campo eléctrico-electrónico que nos ocupa y en otros campos que permitan el desarrollo de la región. A continuación, se transcribe la política propuesta y las conclusiones a las que se llegaron en ese trabajo de investigación: “La presente política tiene por objeto proponer la creación de una Unidad Académica en el Plan 3000, dependiente de la Universidad Autónoma Gabriel Rene Moreno, que incluya carreras a nivel Técnico Superior: Electricidad Industrial, Mecánica General, Construcciones Civiles y Electrónica, en concordancia con el Art 16 del Estatuto Orgánico de la U.A.G.R.M, considerando los siguientes objetivos específicos:       

Establecer la estructura administrativa de la Unidad en concordancia al Reglamento Universitario que incluya un encargado de la vinculac ió n Universidad-Sociedad. Implementar las carreras a nivel licenciatura priorizadas e incluir áreas técnicas como: Electricidad Industrial, Mecánica General, Construcciones Civiles y Electrónica. Estructurar el Departamento de Orientación Vocacional y Seguimie nto Académico en el área Técnica y Tecnológica de la Unidad Académica Fortalecer la formación y preparación a nivel pre-universitario para potenciar el capital humano juvenil. Crear cursos de capacitación de 3 a 6 meses para desarrollar competencia s específicas de formación conducentes a certificaciones. Establecer un programa bianual para realizar el análisis prospectivo de empleo, en base a los requerimientos de las empresas y organizaciones de la comunidad. La oferta de formación técnica y tecnológica existente en la Comunidad, no cubre sus expectativas, no solo por la deficiencia en la oferta de carreras, sino por la necesidad sentida de la población de obtener una profesión a nivel



licenciatura a pesar que debido a las características de la población en lo que respecta a posibilidades económicas, ha sido estigmatizada a niveles de formación que no responden a sus requerimientos. Definitivamente los jóvenes del Plan 3000 tienen aspiraciones de trabajo no solo al terminar la formación a nivel de pregrado sino también desean opciones previas para poder apoyar a sus hogares y sus demandas de formación entre los jóvenes entre 17 y 25 años de la comunidad están relacionados a diferentes carreras, pero tienen una insuficiente orientación vocacional que responde a carreras tradicionales con baja información en prospectiva. A nivel municipal, se tienen diferentes opciones, sin embargo, recién se está empezando a generar entornos productivos que potencien y generen una visió n compartida en el área productiva, no se ha establecido claramente un plan estratégico evidenciado que permita el análisis de las tendencias y necesidades a nivel local ni a nivel municipal, la Universidad por otro lado, no está proveyendo los mecanismos necesarios para la interacción universidad-sociedad.”

Como resultado de diagnosticar las necesidades de formación técnica y tecnológica de los jóvenes en el Distrito Municipal 8 de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, conocida como la Comunidad del plan 3000, se puede concluir lo siguiente: 

Actualmente la Universidad no está realizando en forma efectiva la interacción con la sociedad ni con las zonas alejadas dentro de la sociedad, evidenciado por la falta de convenios con las empresas.



Es necesario trabajar en la propuesta de políticas institucionales para que la universidad pueda desarrollar en forma adecuada su rol ante la sociedad.

Como conclusión preliminar de este capítulo, se puede indicar que existe un conocimie nto general sobre las máquinas industriales en los profesionales del área de mecánica, electricidad y electrónica; sin embargo, como lo ha demostrado la revisión bibliográ fica y los resultados de algunos estudios locales, se requiere mejorar las habilidades de los profesionales técnicos e ingenieros, para poder dar soluciones adecuadas a problemas reales que se presentan a diario. Ya que no es posible contar con recursos económicos suficientes, en todos los casos de reparación de máquinas, también es importante tener alternativas de bajo costo, como solución a la falta de mantenimiento o falta de repuestos en el medio local.

CAPÍTULO III

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

En este capítulo se aborda el procedimiento metodológico que dio lugar a la propuesta que se presenta en esta investigación y se explica a continuación cada una de las fases.

3.1. Tipificación de la investigación Según la naturaleza de los objetivos, de tipo exploratoria, descriptiva y propositiva. En la forma de abordar el problema de investigación y su solución tecnológica, se ha elegido el estudio de casos, desde un enfoque holístico (Hurtado, 2000) de la investigación, cuyas fases se describen más adelante. Según el tiempo en que se efectuó la investigación, se trata de un abordaje sincrónico en cada uno de los casos, donde se analiza el fenómeno durante un determinado periodo de tiempo. El método que se utiliza inicialmente es el inductivo, para generar una propuesta que pueda ser aplicada a casos similares, una vez analizadas las características particulares. Las observaciones detalladas de los diez casos de estudio, permitieron estudiar los múltiples y variados aspectos dentro de determinados contextos, dentro de lo que es la industria de máquinas automáticas. En este caso, se trata de diez casos descriptivos, (Montero & León, 2002) donde se presente un detalle del procedimiento realizado en prácticas innovadoras dentro del área de electrónica, para dar solución a problemas complejos y a bajo costo.

3.2. Selección de la muestra Es una muestra no probabilística o dirigida, pues se trata de los 10 equipos a reponer y que fueron considerados en este estudio de caso. A continuación se muestra un listado donde se describe el tipo de máquinas en cada uno de los diez casos de éxito, y más adelante se aborda a detalle cómo se procedió a la búsqueda de solución y restablecimiento de las funciones.

52 TABLA 2: TIPOS DE MÁQUINAS ANALIZADAS NO.

TIPO DE MÁQUINA

NOMBRE DEL EQUIPO RESTABLECIDO

INDUSTRIALES PARA IMPRENTA

Guillotina

2 3 4 5

INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES INDUSTRIALES

Máquina offset Máquina Offset Inyector Retroexcavadora

6 7

INDUSTRIALES DE CARGA INDUSTRIALES PARA FABRICACIÓN DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS INDUSTRIALES PARA LA FABRICACIÓN DE TEXTILES

Grúa tipo canastillo Envasadora

INDUSTRIALES PARA MAESTRANZA INDUSTRIALES PARA IMPRENTA

Máquina para soldadora continua Maquina compaginadora, engrampadora y refiladora

8 9 10

PARA PARA PARA PARA

IMPRENTA IMPRENTA ZAPATERÍA TRABAJO DE CAMPO

Fábrica de toallas

3.3. Fases de la investigación Para iniciar el abordaje metodológico de esta investigación, se han tomado en cuenta fases, según el enfoque holístico que se detalla más adelante. Al ser ésta una investigación de tipo descriptivo, a partir del estudio de casos de éxito, se han identificado las siguientes variables: Variable 1: Caracterización de las alternativas eficientes utilizando microcontroladores (PIC) Variable 2: Caracterización de las alternativas económicas utilizando microcontroladores (PIC) Variable 3: Resolución de problemas técnicos en máquinas industriales (con mecanismos de control automático) Variable 4: Propuesta de una guía metodológica de identificación de problemas de microcontroladores en máquinas industriales. Cada una de las variables está descrita según las tareas de investigación, en el logro de los objetivos secundarios, para llegar finalmente al diseño de la propuesta.

53 En ese sentido, cada una de las fases tiene determinadas tareas, entre las cuales se encuentra la elaboración de instrumentos de recolección de datos de fuentes primarias, además del análisis documental de las variables antes descritas, en algunos casos. Las fases de la investigación se dan a partir del siguiente gráfico, según la investigación holística que nos lleva desde la exploración del fenómeno estudiado hasta su validación:

Fuente: elaboración propia basado en el enfoque de Hurtado (2000)

Este gráfico explica el abordaje que se hace en la investigación, dando lugar a que se pueda nuevamente comenzar el ciclo de manera repetida, aplicando la sistematización de la propuesta, ya que en la fase de evaluación se pueden hacer algunas modificaciones necesarias para otros casos.

54 Iniciando en el holotipo exploratorio, llegando hasta la fase evaluativa, se han realizado las siguientes actividades divididas en fases y con el fin de lograr cada uno de los objetivos. 3.3.1. Fase Exploratoria En esta primera fase se han realizado las siguientes tareas: a)

Identificación del tema de investigación y análisis de su contexto

Planteamiento del problema y objetivo principal de la investigación

Formulación

de los

problemas

objetivos

secundarios,

identificados

jerárquicamente (ver en capítulo 1). d)

Identificación del tipo de investigación y su abordaje metodológico

Identificación de las variables principales del estudio, según el objetivo principal.

Aproximación al primer caso de estudio para la identificación de las características comunes que llevaron a la solución exitosa aplicando la innovación tecnológica.

3.3.2. Fase Descriptiva En esta fase se encuentra el logro del siguiente objetivo secundario: Objetivo secundario 1: Identificar las posibles soluciones técnicas susceptibles de ser utilizadas en el reemplazo de partes electrónicas de máquinas industriales que se encuentren disponibles. Tareas de investigación: a) Identificación de los casos de éxito para el estudio y sistematización. b) Descripción detallada de la situación de cada caso de estudio c) Elaboración del instrumento de la técnica de entrevista d) Elaboración de preguntas a expertos, para lo cual se utilizó un cuestionario de dos preguntas específicas (ver Anexo 2 ) con el fin de determinar cuáles pueden ser las soluciones más utilizadas en el medio, dado que en los casos observados, los equipos o máquinas industriales se encuentran sin uso durante largo tiempo. e) Aplicación del instrumento (cuestionario). f) Análisis de los resultados obtenidos en la entrevista (ver capítulo 4).

55 3.3.3. Fase Comparativa Analítica Para esta fase, se tomó en cuenta la información obtenida en la anterior y el logro del siguiente objetivo secundario: Objetivo secundario 2: Clasificar los diferentes tipos de maquinarias industriales que tienen componentes electrónicos que presentan problemas de funcionamiento adecuado. Tareas de investigación: a) Identificación de la categoría a la que corresponden cada una de las máquinas industriales y clasificar según la función que cumplen en la industria (ver el 2.1. en este documento). b) Comparación de la alternativa de repuesto o reemplazo de los componentes según el precio y la accesibilidad de compra (ver en el punto 2.7 de este documento). c) Identificación de los componentes de las máquinas industriales (ver punto 2.1. y 2.3. de este documento). d) Descripción detallada de cada uno de los casos y sus características para la solución (capitulo 4) e) Análisis comparativo de los pasos para la solución y funcionamiento de las máquinas industriales identificadas como parte del estudio (ver en capítulo 4). 3.3.4. Fase Propositiva Para esta fase, se tomó en cuenta las tareas de investigación del siguiente objetivo secundario: Objetivo secundario 3: Determinar todas las fases para optar por una solución de diseño de circuitos electrónicos que devuelva las funciones a una máquina industrial con problemas de funcionamiento adecuado. Tareas de investigación: a) Identificación de cada uno de los pasos (etapas) que se deben seguir para reponer una máquina industrial.

56 b) Identificación de las señales de entradas disponibles y sus secuencias lógicas, que permiten coordinar con las señales de salidas necesarias, para cumplir las funciones que debía realizar el control defectuoso. c) Determinación de los componentes electrónicos que permitan procesar las señales de entradas que dispone la máquina observada (para cada caso). d) Determinación de los componentes electrónicos que tengan la capacidad de activar los actuadores del sistema. e) Diseño y armado los circuitos electrónicos que resuelva las funciones a realizar, tomando en cuenta las señalizaciones, velocidad de proceso, filtros electrónicos, acoplamientos ópticos, entre otros. f) Prueba de los componentes de la tarjeta electrónica para asegurar el buen funcionamiento de la máquina industrial. g) Sistematización de los casos de éxito descritos con detalle y diseño de un modelo de guía metodológica de identificación de problemas y su solución con microcontroladores. h) Elaboración del informe final de la investigación y la Propuesta. 3.3.5. Fase Evaluativa En esta última fase, una vez se ha procedido a la descripción y análisis de los casos estudiados, se somete la propuesta a la evaluación de expertos (ver en capítulo 4), donde se ha aplicado una encuesta con tres preguntas clave para validar la misma. Tareas de investigación: a) Elaboración del cuestionario de la encuesta (ver Anexo 3) b) Identificación de los expertos c) Aplicación del instrumento d) Análisis del resultado de las preguntas y elaboración de las conclusiones y las recomendaciones del estudio.

CAPÍTULO IV

CAPÍTULO IV. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS

Una vez lograda la primera fase, que implica realizar la identificación del tema, el análisis del contexto, el planteamiento del problema y sus objetivos de investigación, el abordaje metodológico, identificación de las variables, y las características del objeto de estudio. Así, con la identificación realizada en el primer capítulo de este documento, se ha procedido a realizar las tareas determinadas para la segunda fase y el logro de los objetivos formulados.

4.1. Datos obtenidos en la fase descriptiva En esta fase se logró el objetivo secundario 1: Identificar las posibles soluciones técnicas susceptibles de ser utilizadas en el reemplazo de partes electrónicas de máquinas industriales que se encuentren disponibles. Una vez identificada la técnica de la entrevista para esta primera parte del análisis, se elabora el cuestionario, ver Anexo 2, y se obtienen los siguientes resultados de las preguntas realizadas a los expertos, los mismos que cuentan con más de 12 años de experiencia en el área de control automático industrial: TABLA 3: RESUMEN DE LAS RESPUESTAS DE LA ENCUESTA A EXPERTOS PREGUNTAS DE LA ENTREVISTA

Experto 1 (12 años de experiencia)

Experto 2 (19 años de experiencia)

Experto 3 (20 años de experiencia)

1. Según su experiencia, la industria (pequeña, mediana y grande) en Santa Cruz de la Sierra tiene equipos con control automático defectuosos “parados” por falta de repuestos originales, pero que se los podría restablecer

Sí, en un 99%. La mayoría de los equipos electrónicos cuentan con un µC interno, conociendo las características y el trabajo que realiza. Sí, es posible la implementación de µC para la rehabilitación de las maquinas. La

Sí. Normalmente las industrias medianas y grandes le dan soluciones rápidamente reemplazando los equipos dañados, ya que los costos de paro de las máquinas representan una pérdida insostenible,

Sí, en un 20%. De 10 equipos se pueden recuperar 2 siempre que la solución sea en la parte electrónica y de Automatismo.

59 PREGUNTAS DE LA ENTREVISTA

Experto 1 (12 años de experiencia)

Experto 2 (19 años de experiencia)

usando PIC. ¿Es posible dicho restablecimiento y en qué porcentaje y por qué?

empresa a la cual represento realiza este tipo de servicios y lo ofrece como alternativa para nuestros clientes. El único problema serían los complementos para el uso de µC; para hacerlo más entendibles: sensores especiales, amplificadores de instrumentación, entre otros. Piezas que en algunos casos al igual que los repuestos no se encuentran en nuestro mercado local.

además que son equipos con reposición por ser de marcas conocidas. Para el caso de industrias pequeñas he visto situaciones donde las máquinas tienen equipos de control que son de tipo dedicado y es ahí donde se puede aplicar un controlador PIC, sin embargo no podría evaluar para dar un porcentaje.

2. ¿Considera usted que la industria requiere profesionales competentes para restablecer los equipos industriales defectuosos usando PIC? ¿Por qué?

Sí. Definitivamente, el mercado industrial se encuentra abandonado no solo por profesionales que utilicen PIC para la rehabilitación de equipos, si no la falta de los mismos técnicos para el mantenimiento e incluso para el diseño o copia de estos sistemas. Poder habilitar maquinas paradas con el uso de PIC es un beneficio realmente competitivo, tanto en lo profesional como en lo económico. No importa que tan buena sea una maquina alemana, sin repuestos o asistencia local con el tiempo solo es chatarra.

Sí, se requiere profesionales competentes para restablecer los equipos industriales defectuosos usando PIC, porque el restablecimiento de un equipo conlleva el conocer un entorno industrial y de procesos, además de los conocimientos de electrónica y programación para comprender el funcionamiento del equipo a ser restablecido y su correcto funcionamiento en el proceso de producción.

Experto 3 (20 años de experiencia)

Sí. Normalmente. Las Pequeña, y ocasionalmente la Mediana Industria, suelen buscar soluciones con estos elementos para recuperar sistemas en el que no hay provisión de repuestos y/o arreglos de los proveedores o fabricantes.

60 Tomando en cuenta que la Carrera de Electrónica de la Facultad Politécnica, de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno de Santa Cruz, tiene la formación a nivel profesional de técnicos que pueden hacer frente a esta necesidad (ver Anexo 1: Plan de estudios). Como se observa, en opinión de los expertos, son los técnicos profesionales los que pueden acceder al análisis de las diferentes alternativas de solución con PIC en la industria local.

4.2. Datos obtenidos en la fase comparativa analítica. Para esta fase, se tomó en cuenta la información obtenida en la anterior y el logro del siguiente objetivo secundario 2: Clasificar los diferentes tipos de maquinarias industriales que tienen componentes electrónicos que presentan problemas de funcionamiento adecuado. 4.2.1. Categorías de las máquinas industriales del estudio. Se han identificado las categorías de cada una de las máquinas identificadas en los diez casos de estudio que son los siguientes: A. Máquinas industriales para imprenta (cuatro unidades) B. Máquinas industriales para zapatería (una unidad) C. Máquinas industriales para trabajo de campo (una unidad) D. Máquinas industriales de carga (una unidad) E. Máquinas industriales para fabricación de productos alimenticios (una unidad) F. Máquinas industriales para la fabricación de textiles (una unidad) G. Máquinas industriales para maestranza (una unidad) El cuadro comparativo de precios que se ha realizado en el punto 2.7 del capítulo 2 de este documento, se ha determinado que el rango de precios es el siguiente en la comparación. Opción A. Reparación con Microcontroladores (PIC): Precio mínimo del material para la reparación de la máquina industrial: 165.- Bs Precio máximo del material para la reparación de la máquina industrial: 4.800.- Bs

61 Opción B. Reparación comprando un repuesto o reposición de la máquina: Precio mínimo: 1.300.- Bs Precio máximo: 313.200.- Bs Como se puede apreciar en este resumen de precios, es claramente una alternativa económica el uso de microcontroladores para la restauración de funcionamiento de máquinas industriales. 4.2.2. Descripción general de la obtención de datos. Cada uno de los casos tiene un abordaje inicial al problema detectado y las posibles vías de solución, que están basados en el siguiente esquema de trabajo en cinco pasos: Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Paso 3. Realización de la prueba manual Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Paso 5. Programación Una vez descritos los procedimientos generales, se pasa a cada grupo de máquinas industriales, según las características que presentan, y cómo se realizó la reparación. Más adelante se muestran fotos seleccionadas para mostrar el procedimiento en cada parte, explicando cada uno de los casos con detalle, según las particularidades de cada una de las máquinas estudiadas.

4.2.3. Descripción de cada caso de estudio Siguiendo la categorización realizada, se ha ordenado en cada categoría de máquina, según el orden cronológico en que se hizo el estudio y se procede a la descripción de cada uno de los casos sistematizados de éxito que se presentan en esta investigación,

62 para ello, se sigue el esquema mostrado en el anterior subtítulo, que tiene cinco pasos desde la toma de datos hasta la solución del problema. La primera categoría corresponde a las máquinas para trabajo en imprenta.

A. Máquinas industriales para imprenta (cuatro unidades) Los siguientes, son cuatro casos de estudio y se describe cada uno de los pasos para la solución de sus problemas de funcionamiento, mostrando con imágenes y el detalle de cada una de las máquinas.

CASO No 1

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA IMPRENTA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Guillotina “Imprenta Sirena”Marca Polar Mohr

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONA-MIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

2 meses

FECHA DEL TRABAJO

07/2008

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Al reconocimiento visual de la Guillotina, se identifica la marca Polar Mohr, ubicada en las instalaciones de la Imprenta Sirena, de la ciudad de Santa Cruz, Bolivia. A primera vista se observa que es una máquina importada, a medio uso (ver ilustración 25). Como antecedente, indican que después de la instalación con su personal no la pudieron poner en marcha y quedó en desuso por un tiempo. En el caso de este tipo de máquina, se revisaron tres similares en esta empresa, aunque las otras eran de diferentes características y ya no están en poder del dueño, pues fueron vendidas, lo cual se considera como una experiencia positiva en la reparación de máquinas similares.

Ilustración 25: Guillotina de la imprenta "Sirena" en desuso por falta de repuestos.

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados para la aprobación de cotización. Se hizo la verificación de tensión de los actuadores (a través de la placa de identificación, motores, tensión de la válvula hidráulica, tensión del electroimán de acoplamiento), tensión disponible en el transformador de control. También los sensores de entrada (este caso, por marca y modelo de la guillotina, todo es mecánico).

Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas.

Para ello, es necesario desarmar las partes electrónicas y hacer la revisión en detalle. Es aquí donde se comprueba que el equipo puede funcionar y se opta por la solución según decisión de los propietarios de la máquina, presentando la cotización.

Ilustración 26: Retiro de la tarjeta y módulos de control antiguos.

Con la aprobación de la cotización presentada, se procedió a la compra de material necesario. Luego se hizo el retiro de control e instalación de control a adaptar (ver ilustración 26), verificando también el cableado.

Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez estudiado el funcionamiento de la máquina, accionamiento, seguridad y protección, se ha elegido los componentes de entradas y salidas. (Tomando en cuenta los que hay en el mercado local, facilidad, costo, confiabilidad). Diseñar el diagrama eléctrico de conexiones, tarjetas de control con su respectiva seguridad. Instalar y probar sus funcionamientos (ver ilustración 27).

Ilustración 27: Tarjeta adaptada e instalada en la guillotina.

Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Finalmente, se procede a la entrega de la guillotina probada con sus técnicos, en completo y excelente funcionamiento. Se utilizó un controlador: PIC 16F877A.

CASO No 2

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIAL ES PARA IMPRENTA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Máquina offset Modelo MillerJohannisberg TP 94 (año 1987)

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

Dos años y medio

FECHA DEL TRABAJO

07/2009

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina En la primera revisión de la máquina, se informó que la misma había tenido una reparación anterior en la ciudad de La Paz, ya que, después de buscar el repuesto con su representante en el exterior y no conseguirlo, optaron por adaptar el control (primero de este tipo de control). Para identificar la máquina se procede a la descripción general de las características: OFFSET de 4 cuerpos, adaptación de 4 controles de alimentación de

66 solución de fuente, modelo Miller-Johannisberg TP 94 (año 1987) como se puede apreciar en la ilustración 28.

Ilustración 28: Máquina Offset de la "Imprenta Sirena" con sus operarios.

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución En la conversación con el operador (que aparece en ilustración 28, de pie), se vio que no había mucho interés por arreglar la máquina de parte del mecánico, ya que había realizado varias reparaciones sin éxito.

También se conversó con el dueño de la empresa, sobre quiénes iban a ser los miembros del equipo que va intervenir para la adaptación (operador y mecánicos). En esta etapa el operador mostró interés fuera de lo normal, mencionando que también se podría hacer cargo de la parte mecánica.

También se hizo la cotización y solicitud del operador (la prioridad del operador se cambió a atender la adaptación).

67 Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas.

Se hizo primero el desarmado de un control para tener idea de los conductores que corresponde a las entradas y salidas (ver ilustración 29).

Con la verificación de entradas siguiendo los conductores (llaves, pulsadores, fines de carrera, señal de funcionamiento de motor, sensor de posición), se realizó la verificación de los actuadores que corresponde (válvulas neumáticas y motores eléctricos) y, finalmente, las pruebas de actuadores en forma provisional.

Ilustración 29: Control dañado que no cuenta con repuesto en el mercado nacional.

Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Se realizó el diseño de la tarjeta de control (PIC 16F877A), y se procedió al armado, como se aprecia en la ilustración 30.

Ilustración 30: Parte del proceso de programación del microcontrolador para sincronizar.

Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Finalmente, se procede a la entrega de la máquina probada con sus técnicos, en completo y excelente funcionamiento.

CASO No 3

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALE S PARA IMPRENTA

NOMBRE DEL EQUIPO RESTABLE-CIDO

Máquina Offset Riobi 480

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

2 meses

FECHA DEL TRABAJO

07/2009

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Este tipo de máquina Offset Riobi 480, es de 1 cuerpo, donde se identifica una falla control sincronizado de entrada de papel, que presenta un error intermitente en su funcionamiento (ver ilustración 31).

Ilustración 31: Observación de la falla de funcionamiento de la máquina.

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución A continuación se realizó la valoración del tipo de error y luego la aprobación de cotización por parte de los encargados.

Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas.

Ilustración 32: Tarjeta original dañada completa (izquierda) y la tarjeta de repuesto con la parte electrónica solamente.

70 Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez realizadas todas las pruebas, se pasó al diseño de tarjeta de control y armado (ver ilustración 32) para lo cual se utilizó el microcontrolador PIC 16F877A.

Ilustración 33: Tarjeta lista para insertarse de nuevo en la máquina.

Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Finalmente, se procede a la entrega de la máquina Offset probada con sus técnicos, en completo y excelente funcionamiento.

CASO No 10

TIPO DE MÁQUINA

NOMBRE DEL EQUIPO RESTABLE-CIDO

INDUSTRIALES Maquina PARA IMPRENTA compaginadora, engrapadora y refiladora

¿QUÉ TIEMPO ESTUVO SIN FUNCIONA-MIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

08/2014 2 meses

71 Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Caso de la misma categoría de máquinas que las tres anteriores, pero este trabajo se realizó algunos años después en una compaginadora, donde se reemplazó el PLC Allen Bradler, optando por una alternativa fácil y local.

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución En primer lugar se solicitó a los encargados la verificación del plano eléctrico de la máquina. Para este caso específico, facilitó el hecho de tener esto a mano, para poder realizar el reemplazo solicitado, ya que en la revisión visual se pudo observar el tipo de falla que tenía la compaginadora (ilustración 34).

Ilustración 34: Máquina de una imprenta para compaginar, engrapar y refilar.

Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas.

Ilustración 35: El PLC dañado cuando aún estaba dentro del tablero de control (dentro del círculo rojo)

Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Se procedió, una vez identificado el error que presentaba la máquina, a la substitución del PLC y el microcontrolador utilizado fue PIC 16F877A (ilustración 36).

Ilustración 36: Se observa cómo se puso el reemplazo del PLC en el espacio original.

Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Finalmente, se procede a la entrega de la máquina probada con sus técnicos, en completo y excelente

73 funcionamiento (en el Anexo 5 se puede observar como ejemplo, el detalle del diagrama de conexiones).

B. Máquinas industriales para zapatería (una unidad) CASO No 4

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA ZAPATERÍA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLE-CIDO

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONA-MIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

Máquina inyectora de una fábrica de suelas de zapatos “Casa Victoria”

FECHA DEL TRABAJO

03/2010 6 meses

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se realizó el reconocimiento visual de la máquina, donde se pudo apreciar que cuenta con su plano eléctrico completo. De esta manera se pudo también identificar que el problema se debía a una falla de control lógico programable (PLC). Esta máquina estaba parada por seis meses y no estaba produciendo el pegado de las suelas de los calzados que debía realizar, generando pérdidas a la empresa fabricante.

Ilustración 37: Máquina inyectora para pegado de suelas de zapatos

74 Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados y se presentó la cotización de la reparación, una vez hecho el estudio de los circuitos utilizando el plano eléctrico proporcionado. Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y actuadores. Se hizo también una prueba con algunos actuadores, válvulas hidráulicas con apoyo de los mecánicos de la empresa. Se realizó la interpretación de los juegos de válvulas hidráulicas según el orden y la combinación de encendido.

Ilustración 38: Controles adaptados en funcionamiento con los enchufes originales.

75 Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Finalmente, se procede a la entrega de la máquina probada con sus técnicos, en completo y excelente funcionamiento. Se utilizó un controlador: 4 PIC 16 F877A C. Máquinas industriales para trabajo de campo (una unidad) CASO No 5

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA TRABAJO DE CAMPO

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Retroexcavadora

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO 10/2011

2 meses

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se procedió al reconocimiento visual de la máquina, se observa que es un equipo que fue comprado nuevo, y se trata de una retroexcavadora marca Liu Gong, pero no estaba operando desde hace seis meses, como se puede ver en la foto de la ilustración 39.

Ilustración 39: Maquinaria de industrial para trabajo de campo, tipo retroexcavadora.

76 Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados para la aprobación de cotización. Y se coordinó el tiempo de trabajo, para pasar a la parte del desarmado de la máquina. La información que se recabó de los mecánicos y operadores, es la siguiente: Se verificaron las entradas de PLC si llega la señal correspondiente viendo el diagrama de conexiones (como se ve en la ilustración 40). Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas, observando otro equipo que estaba en buen funcionamiento, para así poder construir una tabla como la siguiente:

Ilustración 40: Información de entradas y salidas para la programación

Se hizo la comparación respectiva y se pudo pasar a la siguiente fase.

77 Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez estudiado el funcionamiento de la máquina, accionamiento, seguridad y protección, se ha elegido los componentes de entradas y salidas. Se Verificaron las señales de salida a través de su señalización interna. Como no cumplió la lógica de funcionamiento, se deduce que el daño está en PLC. Con el diagrama de conexión y viendo el espacio disponible se diseñó el circuito de control para reemplazar el PLC dañado.

Ilustración 41: A la izquierda la tarjeta de control original, a la derecha la fabricada para repuesto

Paso 5. Programación Una vez preparado el control y verificado los funcionamientos de entradas y salidas se programó el microcontrolador y luego simulado para ver su funcionamiento. En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Se utilizó un controlador: PIC16F877A. Se puede apreciar en la siguiente fotografía:

Ilustración 42: Programación y rearmado de la tarjeta.

Finalmente, se procede a la entrega de la máquina probada con sus técnicos, en completo y excelente funcionamiento.

D. Máquinas industriales de carga (una unidad) CASO No 6

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES DE CARGA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Grúa tipo canastillo

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONA-MIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

03/2013 1 año

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se realizó el reconocimiento visual de la máquina, que se encontraba sin funcionamie nto en uno de los garajes de la empresa. Se observa una falla de control y se procede a realizar la inspección (ver ilustración 43).

Ilustración 43: La grúa sin funcionamiento, en el estacionamiento de la empresa

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados, quienes indicaron que habían cotizado la reparación en un aproximado de 5 mil dólares americanos, que no sólo es un costo elevado sino que también implica que tendrían que esperar varios meses más y no tendrían ninguna garantía de que el repuesto, una vez instalado, funcione. Conversando con el encargado de mantenimiento y el de electricidad, se obtiene la información necesaria para hacer todo el reconocimiento de las partes de la máquina y se procede a la aprobación de la cotización. Paso 3. Realización de la prueba manual En esta parte se hizo la siguiente secuencia de pruebas: a) Prueba de los actuadores en base a la información del encargado, con muy poca diferencia en prueba de comprobación electroválvulas. b) Prueba de las señales de entrada pulsadores llaves sensor de inclinación c) Verificación de los actuadores con las placas características. d) Conteo de las entradas y salidas necesarias. e) Lógicas de funcionamientos de la grúa (escritos). Se observa en la siguiente ilustración cómo se observa la tarjeta de control dañada:

Ilustración 44: Tarjeta de control dañada que fue retirada de la máquina

Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez estudiado el funcionamiento de la máquina, accionamiento, seguridad y protección, se procedió a diseñar la tarjeta de control para pasar a su instalación.

Ilustración 45: La tarjeta diseñada antes de armarla para que funcione.

81 Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y pruebas de corrección de programa. Se utilizó dos PIC 16F877A. Finalmente, se procede a la entrega en perfecto funcionamiento. E. Máquinas industriales para fabricación de productos alimenticios (una unidad) CASO No 7

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA FABRICACIÓN DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Envasadora de alimentos

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONA-MIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

05/2013 días

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se realizó el reconocimiento de la máquina, y se trata de una envasadora de alimentos de la fábrica “Calesita”, que presentaba un desfase en el momento de realizar el cortado del envase y tenía un acabado desprolijo, por lo que necesitaba una revisión completa para no tener desperdicio y pérdidas en la empresa. Al ser una fábrica de alimentos, esta parte del envasado de los alfajores no tenía una buena presentación hacia el mercado.

Ilustración 46: Máquina envasadora detenida en la fábrica.

82 Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados, que en este caso, fue el ingeniero mecánico quien dio detalles de la falla. Se tuvo acceso a un video de una máquina similar, donde se observa el movimiento que debía hacer y el tipo de corte, comparado con lo que se había visto en la máquina que requiere reparación. El mecánico había hecho una adaptación de los sensores, pero sin resultados satisfactorios. Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas. Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez estudiado el funcionamiento de la máquina, se realizó el diseño de la tarjeta de control y se tuvo que hacer una adaptación de los sensores y el espacio para el colocado de la nueva tarjeta, como se observa en las ilustraciones 47 y 48.

Ilustración 47: Tarjeta diseñada para poder hacer el registro de corte exacto

Ilustración 48: Se hizo la adaptación del espacio para colocar la tarjeta

F. Máquinas industriales para la fabricación de textiles (una unidad) CASO No 8

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA LA FABRICACIÓN DE TEXTILES

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Fábrica de toallas

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

06/2013 2 meses

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se procedió al reconocimiento visual de la máquina, ésta se encontraba en funcionamiento parcial, ya que eran varios meses que estaba con un desperfecto que no habían podido arreglar, ya que de pronto, la máquina se paraba sin soltar el hilo y eso producía retraso en la fabricación e inconvenientes para la empresa.

Ilustración 49: Máquina industrial para fabricar toallas

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados para la aprobación de cotización. Y se coordinó el tiempo de trabajo, para repararla. Indicaron que ya eran varias reparaciones que se habían intentado, pero la falla era persistente. Se presentó una cotización, después de la revisión visual y la comparación con otra máquina que estaba en buen funciona miento, se aceptó el trabajo a realizar. Paso 3. Realización de la prueba manual Se realizó además la comprobación de funcionamiento en forma manual y la revisión de entradas y salidas, observando otro equipo que estaba en buen funcionamiento se procede a hacer las mediciones con osciloscopio.

Ilustración 50: Tarjeta de control original que tenía fallas intermitentes

Ilustración 51: Tarjeta de control de reemplazo, encima de una de las toallas de producción de la fábrica

Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y prueba. Se utilizó un controlador: PIC12F675. Finalmente se realizó la entrega de la máquina en perfecto funcionamiento.

86 G. Máquinas industriales para maestranza (una unidad) CASO No 9

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA MAESTRANZA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

Máquina para soldadora continua

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

07/2014 1 mes

Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina Se realizó el reconocimiento visual de la máquina, se observa que se encuentra detenida y sin funcionamiento en las instalaciones de la maestranza (ver ilustración 52)

Ilustración 52: La máquina soldadora con uno de los operarios.

Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Se conversó con los encargados que indicaron que el problema era el control de velocidad del motor y el tiempo que debe estar detenido para el momento del cambio de dirección. Se procede a observar el tipo de motor y sus características. Con lo que se puede realizar una cotización del tiempo del trabajo y costo.

87 Paso 3. Realización de la prueba manual En esta parte se verifica las capacidades del componente de fuerza en la placa original. Al observar el tipo de error que se produce en la prueba, se procede al retiro de los conectores.

Ilustración 53: Tarjeta original dañada

Paso 4. Diseño y fabricación de la placa Una vez estudiado el funcionamiento de la máquina y encontrada la falla, se observa que se puede proceder al diseño de la nueva tarjeta de control. Se pudo, en este caso, volver a utilizar los mismos cables conectores ya que se consiguió hacer una adaptación muy similar a la original.

Ilustración 54: Tarjeta fabricada (izquierda) comparada con la original (derecha) utilizando los mismos cables

88 Paso 5. Programación En este último paso se hizo la programación de microcontrolador y pruebas de corrección de programa. Se utilizó un: PIC 16 F877A. Finalmente, se procede a la entrega en perfecto funcionamiento. Finalmente, con la evidencia de haber resuelto cada uno de los casos de máquinas que no estaban funcionando, se tiene también un beneficio económico para el propietario de dicha máquina, ya que se ha comprobado que el costo de reparación utilizando PIC es mucho menor que cualquier otra alternativa, como compra de repuestos en el exterior. El cuadro siguiente (cuadro 2), muestra un resumen de los diez casos con relación al precio que se ha invertido en la compra de los insumos de reparación de las máquinas.

89 TABLA 4: COSTO DE LA SOLUCIÓN CON PIC NO.

TIPO DE MÁQUINA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

INDUSTRIAL ES PARA IM PRENTA

Guillotina

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO? 2 meses

FECHA DEL TRABAJO

¿POR QUÉ NO REEMPLAZO LOS DIS POS ITIVOS DEFECTUOS OS POR IGUALES NUEVOS

MICROCON TROLADOR US ADO EN EL TRABAJO

EMPRES A DUEÑA DEL EQUIPO RES TABLECIDO

INDUSTRIAL ES PARA IM PRENTA

M áquina offset

Años y medio

INDUSTRIAL ES PARA IM PRENTA

M áquina Offset

2 meses

07/2009

No encontraron el repuesto original en mercado local

PIC 16F877A

Imprenta Pirata

INDUSTRIAL ES PARA ZAPATERÍA

Inyector

6 meses

03/2010

No se encontró el repuesto, ni el fabricante de la máquina

4 PIC 16 F877A

Casa Victoria

INDUSTRIAL ES PARA TRABAJO DE CAM PO

Retroexcavadora

2 meses

10/2011

PIC16F877A

Guillen Servicios

INDUSTRIAL ES DE CARGA

Grúa tipo canastillo

1 años

03/2013

2 PIC 16F877A

INDUSTRIAL ES PARA

Envasadora

días

05/2013

No se encontró es mercado local y por el tiempo de importación muy largo No pudieron encontrar el control en mercado exterior Fue para implementar

PIC12F675

COS TO MATERIAL PARA TARJETA DE CONTROL

COS TO MATERIAL ADICIONAL A LA TARJETA CONTROL (CABLES Y OTROS )

07/2008

No se pudo encontrar la tarjeta fallada

PIC 16F877A

Imprenta Sirena

460.-

850.-

07/2009

No encontraron el repuesto original en mercado local ni exterior

PIC 16F877A

Imprenta Sirena

800 X 4

3.200.290.-

1.500.-

340.-

Bolinter

1.870.-

150.-

Calesita

160.-

800.-

90 NO.

TIPO DE MÁQUINA

FABRICACI ÓN DE PRODUCTOS ALIM ENTICI OS INDUSTRIAL ES PARA LA FABRICACI ÓN DE TEXTILES

INDUSTRIAL ES PARA M AESTRAN ZA INDUSTRIAL ES PARA IM PRENTA

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLECIDO

¿QUÉ TIEMPO ES TUVO S IN FUNCIONAMIENTO (PARADO) EL EQUIPO?

FECHA DEL TRABAJO

¿POR QUÉ NO REEMPLAZO LOS DIS POS ITIVOS DEFECTUOS OS POR IGUALES NUEVOS

MICROCON TROLADOR US ADO EN EL TRABAJO

EMPRES A DUEÑA DEL EQUIPO RES TABLECIDO

COS TO MATERIAL PARA TARJETA DE CONTROL

COS TO MATERIAL ADICIONAL A LA TARJETA CONTROL (CABLES Y OTROS )

registro y utilizar para lo que no estaba desuñada

Fábrica de toallas

2 meses

06/2013

El original reparado presentaba mucho paro de máquina con las condiciones cumplida

PIC12F675

FRATEX

165.-

M áquina para soldadora continua

1 mes

07/2014

No se encontró repuesto original en mercado local

PIC 16 F877A

M aestranza NBJ

330.-

M aquina compaginadora, engrampadora y refiladora

2 meses

08/2014

Optaron por alternativa local

PIC 16F877A

Imprenta Simmer

720.-

CAPÍTULO V

CAPÍTULO V: PROPUESTA En este capítulo final, se muestra la sistematización de los casos de estudio analizados, en la propuesta de una guía metodológica de identificación de problemas y su solución con microcontroladores en máquinas industriales. Esta guía tiene cinco pasos indispensables que deben seguirse de forma secuencial, primeramente para determinar el tipo de problema y luego para determinar la aplicación adecuada de una solución con microcontroladores y proceder a su diseño y fabricación.

5.1.

Guía metodológica de identificación de problemas y su solución.

El profesional técnico (o ingeniero experto) puede seguir los siguientes pasos para detectar los problemas de las máquinas industriales y proponer una solución con PIC. 5.1.1. Paso 1. Aproximación al problema que tiene la máquina. Es el reconocimiento e inspección visual y física de la máquina, para determinar su modelo, capacidad, etc. Es en este momento donde se identifican algunas similitudes con las máquinas que ya se conocen. El reconocer el tipo de máquina es un paso importante y puede ser decisivo para aplicar un análisis comparativo y poder identificar más rápidamente el problema. En esta parte se procede, de manera general a obtener información sobre los dispositivos de la máquina, realizando las siguientes preguntas, en los casos que sea pertinente: -¿Cuáles son los motores con velocidad regulable? -Si se tiene la opción de manejar manualmente (ver con que actuador eléctrico se puede manejar ese brazo mecánico). -¿Cuántos motores tiene, cual motor acciona determinada parte de la máquina? -Información de sincronización de las máquinas.

93 5.1.2. Paso 2. Conversación con el equipo próximo que interviene en la solución Según el acceso que se tenga a las personas que conocen la máquina, se distingue por importancia, una conversación con: A. El operador. El(a) funcionario(a) que opera, o maneja, la máquina y conoce a profundidad cómo opera la misma en situaciones normales, por lo que puede identificar cuando está presentando alguna falla, la cual puede ser en el producto final esperado, en el procedimiento de producción, o se atasca alguna parte del proceso, dependiendo del tipo de máquina, esta persona es capaz de reconocer la falla de inmediato y comunicar sus características. B. Mecánico general. Es el(a) funcionario (a) que puede detectar a partir de la revisión visual de la máquina. Debe ser capaz de desarmar, tomando en cuenta su conocimiento y experiencia; y luego ser capaz de armar de nuevo incorporando la máquina al funcionamiento normal. Es importante su participación sólo cuando su sistema hidráulico no es complejo, de otro modo debiera intervenir además un Ingeniero Hidráulico. Sobre el funcionamiento de los sensores, y otras preguntas según el tipo de motor observado. Al tratarse de un motor eléctrico: -¿Cómo funciona y cómo puede variar la velocidad? En casos de tipos de motores: Motor paso a paso, Motor universal, Motor de corriente continua conexión paralelo, Motor de corriente continua con imán permanente, Servo motor (motor con rotor imán permanente), Motor trifásico con rotor jaula de ardilla Con válvula o electroimán: Normal (total cerrado o total abierto), Diferencial (con modulación por Ancho de Pulso-PWM). Si tiene válvulas especiales: Para abrir se energiza un momento bobina de apertura, para cerrar se energiza un momento bobina de cierre

94 Para hacer control sin modificación de las conexiones, tenemos dos opciones para trabajar: Opción 1. Cuando hay plano de conexión: a. A través del plano eléctrico se puede ver los actuadores y debe conocer la forma de funcionamientos del mismo, si no conoce, por entrevista a los mecánicos, operadores (solo por referencia mecánica ejemplo apertura total parcial, velocidad variable o velocidad fija) o por internet se puede averiguar la forma de funcionamiento. b. Las entradas se puede realizar mediciones con instrumentos (tester u osciloscopio). Para conocer correctamente cómo se debe diseñar las entradas. c. Las capacidades técnicas de los componentes salidas (transistores, triac, relay, etc.) se puede sacar las informaciones del módulo dañado o datos técnicos de los actuadores. d. Las lógicas de funcionamientos se puede ver en la máquina similar o por entrevista con los mecánicos y operadores. e. El diseño de la tarjeta de control con la referencia de entradas y salidas. f. El ajuste final del programa es más fácil en la misma máquina viendo el funcionamiento del mismo. Opción 2. Cuando no hay plano de conexión: a. Del módulo dañado, se debe identificar aproximadamente las posibles entradas, salidas y las capacidades de los componentes de salidas. b. Ver físicamente los actuadores y los componentes de entradas. c. Confirmar a través de medición las entradas y salidas. d. Si es posible probar el funcionamiento en forma manual o recabar información de máquina similar.

95 e. Diseño de tarjeta de control con la referencia de entradas y salidas. f. El ajuste final del programa es más fácil en la misma máquina viendo el funcionamiento del mismo. 5.1.3. Paso 3. Realización de la prueba manual Muchas máquinas tienen la opción de girar manualmente, en este caso girando manualmente se puede coordinar con los mecánicos los movimientos que deberían realizar las máquinas, forzar y ver las condiciones de funcionamiento. En esta parte de la prueba también se puede implementar una tarjeta para activar solo los actuadores que no sincronizan Con las indicaciones del operador o mecánicos, según las conversaciones que se realizaron anteriormente, se deben encontrar los actuadores que no activan o no dejan de activar, buscar las señales de entradas, salidas o combinación para sincronizar y hacer funcionar correctamente la máquina. a. Verificar físicamente todas las entradas y actuadores. b. Probar los actuadores en forma individual. c. Estudiar la lógica de funcionamiento con información de las máquinas similares, información de los mecánicos, operadores internet u otra fuente. d. Verificar los sistemas de seguridad, tomando en cuenta el tiempo de arranque del microcontrolador (mientras arranca no hay control sobre las salidas del microcontrolador) e. Diseñar el diagrama eléctrico de conexiones, tarjetas de control con su respectiva seguridad. f. Instalar y probar sus funcionamientos. Observar el funcionamiento de la máquina de manera manual, haciendo funcionar cada parte. El ingeniero electrónico (o el técnico) debe estar revisando con mucha atención las entradas y salidas disponibles para identificar alguna falla. Eso se puede realizar aún

96 sin necesidad de desarmar completamente la máquina y revisando la sincronización. Con esta prueba se descarta que el problema de la máquina no sea de orden mecánico. De otro modo, la reparación toma otro camino. Cuando se revisa la cantidad de entradas y salidas, se comprueba el tipo de falla, se procede al siguiente paso. Para detallar un poco más este último paso, se ha tomado como ejemplo el siguiente caso: CASO No 5

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA TRABAJO DE CAMPO

NOMBRE DEL EQUIPO RES TABLE-CIDO

Retroexcavadora

La misma que se ha mostrado paso a paso en el capítulo 4 de este mismo documento. En la secuencia de restablecimiento se observa la máquina sin funcionamiento en el parqueo de la empresa, donde varias veces han tratado de repararla y no se ha logrado. Se verificó que la tarjeta que está con microprocesador tiene una reparación muy complicada y para verificar los pines de alimentación, se observó que corresponde a 24V de la batería. Los pines de entrada a través de trilla de circuitos impresos conectado en serie con resistencia y otros componentes a puerto de entrada. Los pines de salida a través de trilla de circuitos impresos conectado a componentes electrónicos de fuerza (transistores de potencias). La forma de verificación de cómo debiera funcionar correctamente fue observar en otra retroexcavadora en buen estado, las entradas y salidas del sistema electrónico de control, que corresponde a las marchas (primera segunda adelante y retro) de retroexcavadora. El registro de entradas y salidas activas se observan en estos esquemas:

97 Entrada marcha adelante #pin 5 8 23 26 29

neutro

1 1

Salida Marcha adelante

1ra

2da

3ra

4ta

1 1

1 1 1

#pin 14 15 31 32 33

neutro 1 1

neutro

1ra 1

1 1

2da 1

3ra

4ta

Entrada marcha atrás #pin 5 8 23 26 29

1ra 1 1

Salida Marcha atrás 3ra 1 1

4ta 1 1

#pin 14 15 31 32 33

neutro 1 1

1ra 1 1

2da 1

3ra

4ta

5.1.3.1 Circuitos del caso cinco. En las ilustraciones siguientes, se presentan los ocho circuitos utilizados en el trabajo de investigación para habilitar las 10 máquinas industriales utilizando PIC. U1

10 ohm 1/4 w

TR1

7805

R1 BR1

GND

200uF

0.1uF

D1 30V

12v

200uF

C4 0.1uF

R3 1k

1N4751B TRAN-2P2S

2W005G

Ilustración 55: Fuente 1 de alimentación de PIC

39 ohm 1/2 w

7805

R2 1

GND

BR2

24v

200uF

0.1uF

TR2

C7 200uF

C8 0.1uF

R4 1k

1N4751B TRAN-2P2S

2W005G

Ilustración 56: Fuente 2 de alimentación de PIC

TR3 BR3

TRAN-2P2S

2W005G

Ilustración 57: Fuente para entrada y salida U1

TR1

78L12

BR1 3

0.1uF

12v

GND

200uF

0.1uF

2W005G

200uF

0.1uF

GND

TRAN-2P3S

200uF

0.1uF

- 12 v

U2 78L12

Ilustración 58: Fuente simétrica

5V R35 8

U1:B

R33

R34

10k

U10:A 1

D12

5 7

6 DIODE

15 K PC847AB

1.0 1458

LDR1 LDR

Ilustración 59: Sensor de luz con LDR

PUERTO PIC

+ 12 V

D13

5V DIODE

R36

R37

10k

U12:A A

PUERTO PIC

U11:B

U11:A 1

15 K PC847AB

2 7

1458 1458

R39

- 12 V

Ilustraciรณn 60: Amplificador operacional 1

+ 12 V

D14

5V DIODE

R38

R40

10k

+ 12 V R47 8

R45

U15:A

R42

U13:A 1

1458 1458

1.0

LDR

- 12 V

1458

R43

LDR2

- 12 V

R41

15 K PC847AB

2 7

U13:B

R46

10k

U14:A

- 12 V

R44

Ilustraciรณn 61: Amplificador operacional 2

PUERTO PIC

100

R48

R50

10k

R49 10k

U10:B

U15:B

PUERTO PIC

D15

5 7

13 K PC847AB

DIODE

1458

Ilustración 62: Conversor de onda senoidal a onda cuadrada

5.1.3.2. Circuitos del caso uno. En el caso de las máquinas de imprenta, se observa el detalle de programación del primer caso de estudio, que se detalló en el capítulo 4. NO.

TIPO DE MÁQUINA

INDUSTRIALES PARA IMPRENTA

NOMBRE DEL EQUIPO RESTABLECIDO Guillotina

Para hacer la programación se requieren los 3 diagramas de conexión que se muestran en las siguientes ilustraciones:

Ilustración 63: Diagrama de conexiones 1

101

Ilustraciรณn 64: Diagrama de conexiones 2

Ilustraciรณn 65: Diagrama de conexiones 3

102 Para ver el detalle completo que se realizó para la programación de este caso, se puede ver el Anexo 5 al final de este documento. 5.1.4. Paso 4. Diseño y fabricación de la placa. Comprende el diseño, que por lo general es preciso dejar mayor cantidad de entradas y salidas que las que tiene el diseño original, en caso de necesitar más adelante hacer alguna modificación. Se arma la placa y se prueba directamente en el taller, para verificar si la soldadura está bien hecha y funciona todo lo físico. Diseño de Control nuevo: a. Estudiar el funcionamiento de las máquinas, accionamiento, seguridad y protección. b. Elegir los componentes de entradas y salidas. (Tomando en cuenta los que hay en el mercado local, facilidad, costo, confiabilidad). c. Diseñar el diagrama eléctrico de conexiones, tarjetas de control con su respectiva seguridad. d. Instalar y probar sus funcionamientos

5.1.5. Paso 5. Programación. En el anexo 4, se muestra cómo es el detalle de programación utilizando como ejemplo el caso 5 de este estudio, que es la Retroexcavadora que se encontraba fuera de funcionamiento. Materiales utilizados para la reparación, son principalmente los modelos de PIC que se utilizaron para el trabajo, que son: 

PIC16F84A, 13 puertos de comunicación programable como entradas o salidas, digital.



PIC 16F877A 33 puertos de comunicación 8 puertos con posibilidad de entrada analógica.

103 

PIC12F675 6 puertos de comunicación 4 con posibilidad de entrada analógica.

Los sensores más utilizados son sensor inductivo (precio económico para compra en mercado), sensor capacitivo para algunas máquinas industrial. En el caso de la máquina de imprenta se requiere de un LED infrarrojo y receptor infrarrojo, con amplificador operacional, como amplificador y comparador, o en algunos casos circuito integrado comparador. Resistencias para: - Protección en la entrada de la fuente 5V para alimentación de PIC - Para limitar corriente - Divisor de tensión - Para control de ganancia para Amp. Op. Condensadores para: - Filtro de alimentación - Filtro de entrada de señal - Filtro para variación de tensión - Amplificar variación de señal con amplificador operacional - Retardo de tiempo - Oscilador con ci 555 Transformador para: - Aislación - Fuente

104  Diodos para: - Rectificar - Protección con carga inductiva y fuente C.C. - Caída de tensión aprox. 0,7 voltios - Protección inversión de alimentación - Direccionamiento  Transistores para: - Como interruptor (corte y saturación) - Regulador de voltaje  Opto transistores para: - Aislar circuitos de entradas y salidas digitales de microcontrolador - Enclavamientos en momento del arranque de microcontrolador  Triac para: - Interruptor de estado sólido  Opto triac para: - Aislamiento de circuitos entre pic y salida.  C I Amplificador operacional - Como amplificador de señal - Como comparador  CI Comparador - Como comparador

105  CI regulador de voltaje - 7805 para alimentación de microcontrolador - 7805 para alimentación de encoder de 5 voltios - 7812 y 7912 fuente simétrica para alimentación de amplificador - 7812 o 7824 fuente de sensor  Cristal para: - 4 Mhz para oscilación de pic  Electrodo para - Sensor de nivel de agua - Sensor de llama  LDR (resistencia variable por luz) - Sensor de papel - Barrera de luz - Entrada de pic (sacar la señal del led de otro control de máquina para sincronizar)  Receptor infrarrojo - Sensor de papel - Sensor para interruptor Se procede a la programación, basándose en un diseño estándar donde se identifican solamente los cambios que se requieren en entradas y salidas. La sincronización se verifica en el funcionamiento de la máquina, para identificar si existe error en el programa y de ese modo se pueden hacer los últimos ajustes.

CAPÍTULO VI

107

CAPÍTULO VI: VALIDACIÓN POR EXPERTOS

6.1. Expertos encuestados . Para constatar la validez del trabajo realizado, utilizando PIC para restablecer las 10 máquinas industriales defectuosas, se solicitó a tres expertos verificar el correcto funcionamiento de dichas máquinas (ver cuestionario en Anexo 3) Experto 1. Ing. Cimar Barbery Vargas. Empresa IOTEC S.R.L. Gerente General y representante legal, cuya función es la de negociar y ejecutar contratos de servicios y/o proyectos dirigidos más que todo al área industrial. Con 12 años de experiencia operando sistemas de control automático industrial, desde la rehabilitación de sistemas sin asistencia, hasta el mejoramiento de sistemas y diseño de sistemas automáticos a nivel nacional. Información adicional sobre IOTEC S.R.L.: es una de muy pocas empresas que ha tenido la aceptación por parte de sus clientes para la implementación de µC de la gama PIC de Microchip para habilitar y si es necesario rediseñar sistemas de control y monitoreo automático. Microchip al igual que Atmel y µC Motorola cuentan con varias certificaciones (que pueden descargar de sus páginas oficiales) las cuales respaldan el uso y calidad de sus circuitos integrados. Es por esta razón que varias empresas a nivel industrial y mundial han confiado en el uso de µControladores para los distintos propósitos industriales. Experto 2. Ing. Eduardo Ariel Tabora Saucedo. Empresa IPS Electricidad SRL. Gerente Técnico. Realiza trabajos en ingeniería de proyectos de automatización, centro de control de motores y de tableros de distribución de energía, cotizaciones de trabajos, supervisión de ejecución, supervisión de elaboración de planos, programación de PLC, puesta en marcha de tableros y sistemas de automatización, variadores de frecuencias, arrancadores suaves, tableros de transferencias y centro de control de motores. 19 años de experiencia operando sistemas de control automático industrial.

108 Experto 3. Ing. Roy Pastor Piérola Bejarano. Magister en Control Moderno de Sistemas. Universidad Autónoma Gabriel Rene Moreno. Docente en las áreas de Electrónica de Industrial y de Potencia, de Instrumentación y Automatización con Autómatas y en Control Continuo. 20 años de experiencia enseñando y operando sistemas de control automático industrial. TABLA 5: RESUMEN DE LAS RESPUESTAS SOBRE USO DE PIC PREGUNTAS DE LA ENTREVISTA

Experto 1 (12 años de experiencia)

Experto 2 (19 años de experiencia)

Experto 3 (20 años de experiencia)

¿Considera usted que los microcontroladores (PIC) pueden trabajar como tecnología alternativa en el restablecimiento de equipos industriales defectuosos con calidad y costo competitivo, en la ciudad de Santa Cruz de la Sierra? ¿Por qué?

Sí, y no solo con los PIC’s, sino con cualquier marca de µC, los mismos se encuentran actualmente utilizados en la industria, desde el corazón de un PLC hasta la etapa de instrumentación. La electrónica industrial actualmente se encuentra complementada con el uso de µCs, lo cual ha logrado la reducción física de tableros lógicos con una velocidad y fidelidad de datos más que deseada y en relación a un costo muy accesible

Sí, porque representan una alternativa a bajo costo, siempre que sea para alguna automatización puntual e independiente de otros sistemas.

Sí, por el costo relativamente bajo de fácil programación e implementación. Son bastante accesibles para su uso y prácticos.

¿Considera usted que usar PIC es ventajoso? ¿Por qué?

Sí, porque es efectivo para alguien que se dedica al diseño o habilitación de tecnología obsoleta o descontinuada. Al diseñar un circuito electrónico, y dependiendo del nivel del programador; puedo utilizar un µC

Sí, aunque tiene ventajas y desventajas. La ventaja radica en que el profesional que construye puede tener el control del equipo para poder arreglar, modificar el hardware dependiendo de la

Sí, porque su implementación es a criterio del diseñador y no hay un patrón estándar en estos; eso dificulta el que otro profesional de una solución inmediata en

109 PREGUNTAS DE LA ENTREVISTA

¿En qué situación no usaría los PIC?

Experto 1 (12 años de experiencia)

Experto 2 (19 años de experiencia)

Experto 3 (20 años de experiencia)

económicamente accesible, lo cual permite ser competitivo en el mercado contra procesos industriales controlados por PLC’s, Arduinos, Raspberry’s, y manteniendo las características básicas como la impresión de etiquetas, almacenamientos de datos en memorias incluso la comunicación con PC’s.

aplicación. Las desventajas son que existen equipos PLC de gama baja y media a precios razonables que pueden ser utilizados en el mismo tipo de aplicaciones y que permiten ahorrar tiempo en la adquisición del hardware y en la puesta en marcha, además que están fabricados bajo normas y estándares exigidos para este tipo de equipos y que cumplen fundamentalmente la EMC (Compatibilidad electromagnética).

caso de hacer modificaciones o correcciones.

La única situación en la que no utilizaría un PIC o un µC, sería en el caso específico que se cuente con la disponibilidad de repuestos de forma inmediata del equipo en cuestión.

En aquellas aplicaciones donde los clientes o empresas exigen normas y estándares de fabricación, ensayos y que los equipos cumplan con el EMC (Compatibilidad electromagnética).

En sistemas de producción en líneas ya que se exigen que todo este normalizado; las ISO así lo requieren.

6.2. Análisis de las respuestas de los expertos encuestados. Para interpretar la importancia de la opinión de estos expertos, es necesario tomar en cuenta los siguientes puntos:

110 (1) Considerando la experiencia de los expertos, todos señalan que es posible técnicamente utilizar los microcontroladores como tecnología alternativa para la reposición de equipos industriales. (2) Según los expertos, es ventajoso utilizar los microcontroladores por su bajo costo y fácil adquisición en el mercado local. (3) No se recomiendan usar PIC cuando las empresas dueñas de las maquinas exigen normas o estándares, es especial las empresas petroleras. Las pequeñas empresas no exigen normas, lo que permite utilizar los microcontroladores.

6.3. Conclusión de los expertos Para concluir con el anterior análisis, se concluye sobre la evidencia de que las 10 máquinas industriales habilitadas por el autor están funcionando correctamente, lo cual demuestra que es posible, técnicamente, utilizar los microcontroladores como tecnología alternativa para la reposición de equipos industriales. Además, es ventajoso utilizar los microcontroladores por su bajo costo y fácil adquisición en el mercado local. Se requiere de la participación de un equipo de colaboradores conocedores del área, de la máquina y con disposición para trabajar en el restablecimiento de dicha máquina.

CAPÍTULO VII

112

CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1. CONCLUSIONES Para finalizar el presente informe de investigación, es necesario presentar las siguientes conclusiones: El logro del OBJETIVO PRINCIPAL: Caracterizar las alternativas eficientes y económicas utilizando microcontroladores (PIC) se pueden ofrecer para resolver problemas técnicos en máquinas industriales (con mecanismos de control automático) que no tienen repuesto de reemplazo en el mercado local o internacional, para la propuesta de una guía metodológica de identificación de problemas y su solución con microcontroladores en máquinas industriales. Se han observado las alternativas existentes y se ha realizado un cuadro (CUADRO 1: COMPARACION DE COSTOS, en el capítulo 1), además del análisis de la búsqueda de alternativas diferentes, como compra de repuestos o reposición completa de la máquina, con todos los obstáculos que se encontraron en cada uno de los 10 casos que aquí se estudiaron. Se ha identificado que las empresas pequeñas y medianas, que no están bajo un estricto control de calidad o normas internacionales, pueden acceder a una alternativa eficiente y económica utilizando microcontroladores. Muestra de ello son los diez casos de estudio que se detallan en el capítulo 4. En cuanto al logro de los objetivos, se describe en el capítulo 4 y 5, cómo se ha procedido en cada uno, con el manejo de la información y su sistematización: Objetivo secundario 1: Identificar las posibles soluciones técnicas susceptibles de ser utilizadas en el reemplazo de partes electrónicas de máquinas industriales que se encuentren disponibles. Objetivo secundario 2: Clasificar los diferentes tipos de maquinarias industriales que tienen componentes electrónicos que presentan problemas de funcionamiento adecuado.

113 Objetivo secundario 3: Determinar todas las fases para optar por una solución de diseño de circuitos electrónicos que devuelva las funciones a una máquina industrial con problemas de funcionamiento adecuado. Se ha podido restablecer 10 máquinas industriales que tenían su control automático defectuoso, utilizando microcontroladores PIC y un riguroso procedimiento de trabajo. Tres expertos han certificado la validez de este trabajo y la propuesta presentada como “Guía metodológica de identificación de problemas y su solución con microcontroladores en máquinas industriales”. El material que aquí se presenta, puede servir de base para el análisis y reparación de equipos y maquinarias industriales similares. El trabajo colaborativo es primordial para lograr reparar una máquina industrial, ya que sin la información de la gente que opera o hace mantenimiento, sería muy difícil comenzar a trabajar y finalizar en un corto tiempo. 7.2. RECOMENDACIONES Las principales recomendaciones que emanan de este estudio, son: Utilizar la guía metodológica propuesta, también para ensamblar máquinas nuevas, diseñadas por microempresarios. De igual manera, es muy importante la capacitación permanente del personal de trabajo y operarios de este tipo de máquinas.

Los profesionales del área tienen oportunidad de

ampliar su área de trabajo al especializarse en áreas como esta. Se espera que esta guía metodológica pueda servir para aquellos que deseen incursionar en el uso de microcontroladores para la reparación de máquinas industriales, tanto de fabricación extranjera, como de los nuevos emprendimientos de fabricantes locales.

114

BIBLIOGRAFÍA

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argentina.com.ar/MotorPP_basico.htm Crespo, W. (9 de febrero de 2011). Automatización Industrial. Obtenido de https://automatizacionindustrial.wordpress.com/2011/02/09/queeslaautomatizaci onindustrial/ E. Duque-CEKIT S.A. (1997). Curso Básico de Microcontroladores PIC. Colombia : Compañía Editorial Tecnológica. Electrónica Práctica Aplicada. (13 de noviembre de 2010). Diario electrónico hoy. Obtenido de http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/pulsadores-sin-rebotes Electrónica. Circuitos electrónicos e información técnica. (4 de abril de 2008). Obtenido de http://www.electronica2000.com/temas/diodostipos.htm Equipos y Laboratorio de Colombia SAS. (2015). Equipos y Laboratorio. Obtenido de http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=1484 Fernández, J. L., & Coronado, G. (12 de abril de 2013). FISICA LAB-Resistencia Eléctrica. Obtenido de https://www.fisicalab.com/apartado/resistencia-electricaconductor#contenidos Gotopo, J. (septiembre de 2015). Profesor de electricidad industrial. Obtenido de http://jaimegotopo.blogspot.com/p/el- motor-serie-universal-para-algunas.html Hurtado, J. (2000). Metodología de la Investigación Holística. Caracas, Venenzue la : SYPAL-IUTC.

115 Infantas, K., Selaya, I., & Severiche, S. (2013). Diagnóstico de las necesidades de formación técnia y tecnológica de la Ciudadela Andrés Ibáñez-Plan 3000. La Paz, Bolivia: Presencia SRL. Ingeniatic.

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Tecnologías :

http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/373-alternador MAQUINARIApro.

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http://www.maquinariapro.com/maquinas/ Méndez, A. G. (13 de septiembre de 2011). Tecnológico Nacional de México. Obtenido de

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116

ANEXOS

117

ANEXO 1. PLAN DE ESTUDIOS DE LA CARRERA DE ELECTRÓNICA FACULTAD POLITÉCNICA-UAGRM-SANTA CRUZ, BOLIVIA PLAN DE ESTUDIO (305 - 2) NIVEL SIGLA NOMBRE DE MATERIA CREDITO

FIS100 FISIC A I

MAT100 ALGEBR A

MAT101 C ALC ULO I

6 MA T

MAT101 ELT111

ELT222 INSTR UMENTO S Y MEDIDAS

MAT100 LAB122

MAT101 LAB122 FIS100

MAT100 MAT101

LIN100 ELT111

MAT100 MAT101

LIN200 INGLES II MAT201 C ALC ULO II 6 MA T

ELT211 ELT222

ELT321 ELEC TR O NIC A I

ELT211 ELT222

ELT341 ELEC TR O NIC A DIGITAL I

FIS200 MAT201

FIS200 ELT211

FIS200 MAT201

ELT211 MAT201

LAB342

LABO R ATORIO ELEC TR O N.DIGITAL I

MAT301 MATEMATIC AS APLIC ADAS 6 MA T

16 16

ELT442 ELEC TR O NIC A DIGITAL II

INF243 ELT321 ELT341

ELT451 TELEC O MUNIC AC IO NES I

ELT321 ELT341

ELT455

ANTENAS,PR OPAGAC. MIC R O O NDAS

4 SEMESTRE FIS300 FISIC A III

FIS200 ELT311 MAT301

LABO R .ELECTRONICA DIGITAL LAB443 II

ELT321 LAB322 LAB342

LABO R . DE TELEC O MUNIC AC IO NES I

ELT321 LAB322

LAB452 Total

24 12

ELT311 TEO R IA DE C IR C UITO S II

3 LABO R ATORIO SEMESTRE LAB322 ELEC TR O NIC A I

Total

19 15

ELT211 TEO R IA DE C IR C UITO S I FIS200 FISIC A II 2 SEMESTRE INF243 INFO R MATIC A I

Total

HT HP

LABO R ATORIO ELEC TRONICA LAB122 1 GR AL. SEMESTRE LIN100 INGLES I

Total

PRE-REQUISITO(S)

ELT111 ELEC TR O NIC A GENER AL

6 MA T

16 16

117

118

NIVEL SIGLA NOMBRE DE MATERIA CREDITO 4

ELT451

ELEC T.INDUSTRIAL(CTRL ELT521 SER VO M.)

ELT321 LAB322 ELT442

ELT451 LAB452

ELT455 ELT451

ELT321 ELT442 LAB443

LAB452 ELT442

LABO R ATORIO LAB522 INDUSTR IAL

ELECT.

LAB553 LABO R ATORIO DE TELEVISION

6 SEMESTRE

Total

6 MA T

ELT551 ELT511

ELT611 ELEC TR O AC USTIC A

ELT521 LAB522

ELT631 MIC R O PR O C ESADO R ES

ELT442 LAB443

LIN200 FIS300 ELT521 LAB522 0 ELT552 LAB553 ELT551 ELT511

LAB522 ELT552 LAB553

ELT650

DISENO DE IMPR ESO S

CIRCUITOS

LAB622

LABO R ATORIO MIC R O PR O C ESADO R ES

5 MA T

2 MA T

8 GR T001 MO DALIDAD DE GR ADUACION SEMESTRE Total

16 15

ELT601 TELEFO NIA

ELT651 SEMINAR IO DE GR ADO 7 SEMESTRE GDI001 GR ADUAC IO N DIR EC TA Total

HT HP

ELT511 TELEC O MUNIC. VIA SATELITE

ELT551 TELEC O MUNIC AC IO NES II 5 SEMESTRE ELT552 SISTEMAS DE TELEVISIO N

Total

PRE-REQUISITO(S)

1 MA T

12 14

LIN200 FIS300 ELT521 LAB522 4 ELT552 LAB553 ELT551 ELT511

5 5

ELT521 LAB522 ELT551 ELT511

ELT552 LAB553

Tabla 1: Fuente página Web de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno (uagrm.edu.bo)

118

119

ANEXO 2. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS (Entrevista) POSIBLES

SOLUCIONES PARA

MÁQUINAS INDUSTRIALES

QUE SE

ENCUENTRAN SIN USO EN NUESTRO MEDIO. Sírvase responder a las siguientes dos (2) preguntas, desde su experiencia profesiona l en el área, de manera clara y concreta: Pregunta 1. Según su experiencia, la industria (pequeña, mediana y grande) en Santa Cruz de la Sierra tiene equipos con control automático defectuosos “parados” por falta de repuestos originales, pero que se los podría restablecer usando PIC. ¿Es posible dicho restablecimiento y en qué porcentaje y por qué?

Pregunta 2. ¿Considera usted que la industria requiere profesionales competentes para restablecer los equipos industriales defectuosos usando PIC? ¿Por qué?

Muchas gracias por su colaboración. Fuente: elaboración propia según las necesidades de la investigación.

119

120

ANEXO 3. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS (Encuesta a expertos) OPINIÓN DE EXPERTOS PARA LA VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA Sírvase responder a las siguientes tres (3) preguntas, desde su experiencia profesiona l en el área, de manera clara y concreta: Pregunta 1. ¿Considera usted que los microcontroladores (PIC) pueden trabajar como tecnología alternativa en el restablecimiento de equipos industriales defectuosos con calidad y costo competitivo, en la ciudad de Santa Cruz de la Sierra? ¿Por qué?

Pregunta 2. ¿Considera usted que usar PIC es ventajoso? ¿Por qué?

Pregunta 3. ¿En qué situación no usaría los PIC?

Muchas gracias por su colaboración. Fuente: elaboración propia según las necesidades de la investigación.

120

121

ANEXO 4. DETALLE DE PROGRAMACIÓN Ejemplo de programación, CASO 5. Retroexcavadora LiuGong (elaboración propia)

status ra rb rc rd re pcon adcon intcon timer2 t2con pir1 opti adresh pir1 t1con posi pron

list radix include equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ equ

p=16f877a hex "P16f877a.inc" 0x03 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0e 0x1f 0x0b 0x11 0x12 0x0c 0x01 0x1e 0x0c 0x10 0x25 0x26

; indicador que va utilizar PIC 16F877A ; los números está en hexadecimal ; incluya todas las instrucciones de PIC 16F877A ; etiqueta ; en el programa se puede reemplazar ; 0x06 con rb

ebit1 ebit2 ebit3 cbit1 cbit2 cbit3

equ equ equ equ equ equ

0x6c 0x6d 0x6e 0x70 0x71 0x72

; bit utilizado solo para entrada

org goto org movwf

0x00 inicio 0x04 0x7f

; instrucción de siguiente instrucción posicione ; en dirección 0 del programa ; siguiente instrucción al posición 4 ; inicio de cualquier interrupción ; guarda en memoria 7f el valor que tiene W

movf movwf bcf bcf

status,0 0x7e status,5 status,6

bcf movlw addwf clrwdt

intcon,2 ; borra la bandera de interrupción timer 0x06 ; para que la interrupción sea cada 0x01,1 ; cada 250 microsegundos

timer0

; bit utilizado para control de tiempo ; bit de uso multiple

; guarda en memori 7e el valor de status ; pasa a banco 0

121

122

tim0x

tim0a

tim0b

tim0c

tim0d

tim0e

tim0f

tim0g

decfsz goto bsf decfsz goto bsf decfsz goto bsf decfsz goto bsf decfsz goto movlw movwf

0x6f,1 tim0x ebit1,0 0x25,1 tim0a cbit1,0 0x26,1 tim0b cbit1,1 0x27,1 tim0c cbit1,2 0x20,1 fint 0x08 0x20

decfsz goto bsf decfsz goto bsf

0x28,1 tim0d cbit1,3 0x29,1 tim0e cbit1,4

decfsz goto movlw movwf

0x21,1 fint 0x19 0x21

decfsz goto decfsz goto bsf

0x2a,1 tim0f 0x2d,1 tim0f cbit1,5

decfsz goto movlw movwf

0x22,1 fint 0x0a 0x22

decfsz goto bsf btfss goto bcf

0x2b,1 tim0g cbit1,6 ra,4 tim0h ra,4

; retardo para las entrada

; resoluciรณn de 250 micro segundos

; segundos de 250 micro segundos

; terceros de 250 micro segundos

; cada 2 mili segundos

; resoluciรณn de 2 mili segundos

; cada 50 mili segundos

; cada 0,5 segundos

; led de intermitente para ver ; funcionamiento de microcontrolador

122

123

tim0h

goto bsf

fint ra,4 0x2c,1 tim0i cbit1,7 fint

; cada 1 Segundo

tim0i

decfsz goto bsf goto

fint

movf movwf movf retfie

0x7e,0 status 0x7f,0

; antes de volver al programa principal ; restablece valor de estatus ; restablece valor de W ; instrucciรณn de finalizaciรณn de interrupciรณn

inicio

bsf bcf movlw movwf clrf clrf movlw movwf movlw movwf movlw movwf movlw movwf movlw movwf bcf bcf call clrwdt

status,5 status,6 b'00000110' adcon ra re b'11111111' rb b'11110000' rc b'11111100' rd b'00011100' opti b'10100000' intcon status,5 status,6 soffac

; inicio de programa ; pasa al banco 1

movlw movwf movlw movwf movlw movwf

0x8 0x20 0x19 0x21 0x0a 0x22

clrf clrf clrf clrf clrf clrf

cbit1 cbit2 cbit3 ebit1 ebit2 ebit3

bucle

; contador con resoluciรณn de 1 segundos

; adcon1 entrada/salida digital ; todo el puerto a como salidas

; todo el Puerto b como entrada ; purto c tiene entrada y salidas

; autorizaciรณn de interrupciones ; solo temporizador cero ; pasa al banco 0

; borra perro guardian

; 2 miliseg. ; 50 miliseg ; 0,5 seg ; bit de control

; bit para apoyo de entrada

123

124

bucle1

buc1a

bucle2

buc2a

bucle3

buc3a

movlw movwf bcf call call call btfss goto

0x05 0x2b cbit1,6 soffac soffdc sres cbit1,6 buc1a

; espera 2,5 segundos

movlw movwf bcf call call call call call btfss goto call btfss goto call btfsc goto call btfsc goto call btfsc goto call btfss goto btfss bsf goto

0x3c 0x2c cbit1,7 soffac sbuc2a sres saire ent1 ebit1,1 bucle3 ent2 ebit1,2 bucle3 ent7 ebit1,7 bucle7 ent3 ebit1,3 bucle5 ent4 ebit1,4 bucle6 ent15 ebit3,1 buc2a cbit2,0 cbit2,0 buc2a

; espera de algunas operaciones ; resolución de 1 segundos

bcf call movlw movwf bcf btfsc goto call

cbit2,0 saire 0x0fa 0x28 cbit1,3 cbit1,3 buc3x ent1

; paro corchon de aire

; bit de control

; verifica pulsador 1

; verifica pulsador 2

; verifica interruptor de recorrido manual

; recorrido adelante

; recorrida atrás

; activa aire

; espera de 0,8 segundos ; para que ambos estén

124

125 btfsc goto call btfsc goto call btfsc goto goto

ebit1,1 buc3b ent2 ebit1,2 buc3a ent16 ebit3,2 bucle9 bucle4

buc3b

call btfsc goto goto

ent2 ebit1,2 bucle2 buc3a

buc3x

call call call call btfss goto call btfss goto goto

soffac saire alarm3 ent1 ebit1,1 buc3x ent2 ebit1,2 buc3x bucle2

movlw movwf bcf call call call call call btfsc goto call btfsc goto btfss goto

0x78 0x28 cbit1,3 soffac sres saire sbuc4a ent1 ebit1,1 bucle2 ent2 ebit1,2 bucle2 cbit1,3 buc4a

; corte de papel ; resolución 2 mili segundos ; retardo para corte tiempo para presión ; para que no mueva el papel

call call call call

sbuc4b soffac sres ent14

; inicio de corte

bucle4

buc4a

buc4b

; verifica si es corte o cambio de cuchilla ; cambio de cuchilla ; corte

; falla tiempo de pulsado

; espera que ambos pulsadores esté libre

125

126 btfss goto call btfsc goto call btfsc goto call btfss goto

ebit2,7 buc4g ent1 ebit1,1 buc4g ent2 ebit1,2 buc4g ent6 ebit1,6 buc4b

buc4d

call call call call btfsc goto

sbuc4b soffac sres ent6x ebit1,6 buc4d

; recorrido de cuchilla hacia arriba

buc4f

call call call call call btfss goto call btfss goto goto

soffac soffdc saire alarm3 ent1 ebit1,1 buc4f ent2 ebit1,2 buc4f bucle2

; final de corte

call call call call btfss goto call btfss goto goto

soffac saire alarm4 ent1 ebit1,1 buc4g ent2 ebit1,2 buc4g bucle2

; proteccion por pulsador o barrera de luz

buc4g

bucle5

nop

buc5a

call call

; espera con alarma que ; libere los dos pulsadores

; espera que libere los dos pulsadores

; recorrido de tope hacia adelante sres sbuc5a

126

127 call call btfss goto call btfss goto call btfss goto call btfss goto btfsc bcf btfss bsf goto

saire ent3 ebit1,3 bucle2 ent11 ebit2,4 buc5b ent12 ebit2,5 buc5c ent5 ebit1,5 buc5c ra,1 ra,1 ra,3 ra,3 buc5a

buc5b

call call call call call btfss goto goto

soffac alarm2 saire sres ent3 ebit1,3 bucle2 buc5b

buc5c

nop btfss bsf btfsc bcf goto

ra,1 ra,1 ra,3 ra,3 buc5a

nop bsf

cbit2,0

call call call call btfss goto call btfss goto

sres sbuc6a saire ent4 ebit1,4 bucle2 ent10 ebit2,3 buc6c

bucle6

buc6a

; final de recorrido

; marcha rรกpido hacia adelante

; ha llegado al tope de recorrido ; hacia adelante

; marcha lenta hacia adelante

; recorrido de tope hacia atrรกs ; activa aire

127

128 call btfss goto call btfss goto btfsc bcf btfss bsf goto

ent9 ebit2,2 buc6d ent5 ebit1,5 buc6d ra,0 ra,0 ra,2 ra,2 buc6a

buc6c

call call call call btfss goto goto

soffac saire alarm2 ent4 ebit1,4 bucle2 buc6c

buc6d

btfss bsf btfsc bcf goto

ra,0 ra,0 ra,2 ra,2 buc6a

; marcha lento hacia atrรกs

bucle7

movlw movwf bcf call call call call call btfss goto btfss goto call call call call call btfss goto goto

0x0f0 0x2b cbit1,6 soffac sbuc7a sres saire ent7 ebit1,7 bucle2 cbit1,6 buc7a soffac sres saire alarm2 ent7 ebit1,7 bucle2 buc7b

; recorido manual

buc7a

buc7b

; marcha rรกpido hacia atrรกs

128

129

bucle8

nop

; pison empujado

buc8a

call call call call call btfss goto call btfss goto call btfss goto goto

soffac soffdc alarm2 saire ent7 ebit1,7 bucle2 ent3 ebit1,3 buc8a ent4 ebit1,4 buc8a bucle2

bucle9

bcf movlw movwf bcf

cbit2,0 0x0ff 0x2c cbit1,7

buc9a

call call call call btfss goto call btfss goto

soffac sres saire ent16 ebit3,2 bucle2 sbuc9a cbit1,7 buc9a

buc9b

movlw movwf

0x92 0x2f

buc9c

call call call call call btfss goto call btfss goto call

soffac alarm3 sres saire ent16 ebit3,2 bucle2 ent1 ebit1,1 bucle2 ent2

; pison

; apaga corchon de aire

129

130 btfss goto goto

ebit1,2 bucle2 buc9c

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

ra,3 ra,3 ra,2 ra,2 ra,0 ra,0 ra,1 ra,1

; apaga todas las salida para accionar contactor

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2

; activa bobina de corte

btfss bsf btfss bsf return

rc,3 rc,3 rd,0 rd,0

; alarma debido a recorrido

sres

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

rc,1 rc,1 rc,2 rc,2 rd,1 rd,1 rc,0 rc,0

; salida disponible no utilizada

saire

btfss goto btfsc bcf goto btfss bsf return

cbit2,0 sairea re,1 re,1 fsaire re,1 re,1

soffac

soffdc

sairea fsaire

; como hay bastante tiempo pregunta ; si no estรก desactivado, desactiva ; los cuatros contactores son ; adelante, atrรกs, lento y rรกpido

; activa bobina de presiรณn ; activa bobina corchon de aire ; activa bobina de freno

; alarma debido a corte

130

131

sbuc2a

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,2 re,2 rc,3 rc,3 rd,0 rd,0

; las salidas que debe estar cuando el ; programa estรก barriendo buc2a ; o posterior si necesita este condiciรณn

sbuc4a

btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfss bsf btfss bsf

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,2 re,2 rc,3 rc,3 rd,0 rd,0

; las salidas que debe estar cuando el ; programa estรก barriendo buc4a ; o posterior si necesita este condiciรณn

return sbuc4b

btfsc bcf btfsc bcf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,2 re,2 rc,3 rc,3 rd,0 rd,0

sbuc4d

btfss bsf btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfss bsf

ra,2 ra,2 ra,1 ra,1 ra,5 ra,5 re,1 re,1 re,2 re,2

131

132 return sbuc5a

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfsc bcf return

ra,2 ra,2 ra,0 ra,0 ra,5 ra,5 re,1 re,1 re,2 re,2

sbuc5b

btfss bsf btfss bsf btfsc bcf return

ra,5 ra,5 re,1 re,1 re,2 re,2

sbuc6a

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfsc bcf return

ra,3 ra,3 ra,1 ra,1 ra,5 ra,5 re,1 re,1 re,2 re,2

sbuc7a

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfss bsf btfss

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2 rc,3 rc,3 rd,1 rd,1 rc,0

132

133 bsf return

rc,0

sbuc9a

btfsc bcf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2 rc,3 rc,3 rd,1 rd,1 rc,0 rc,0

alarm1

btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfss bsf return

rc,2 rc,2 rc,3 rc,3 rd,0 rd,0 rd,1 rd,1 rc,0 rc,0 re,0 re,0

; alarma 1

alarm2

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfss goto btfsc bcf

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2 rc,3 rc,3 ra,4 alarm2a rd,0 rd,0

; alarma 2

133

134 goto alarm2a btfss

alarm2b rd,0

bsf

rd,0

btfss bsf btfss bsf btfss bsf btfsc bcf btfss goto btfsc bcf goto

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2 ra,4 alarm3a rc,3 rc,3 alarm3b

alarm2b return alarm3

alarm3a btfss

rc,3 bsf

alarm3b btfss

alarm4

rc,3 rd,0

bsf return

rd,0

btfss bsf btfsc bcf btfss bsf btfsc bcf btfss goto btfsc bcf goto

ra,5 ra,5 re,0 re,0 re,1 re,1 re,2 re,2 ra,4 alarm4a rc,3 rc,3 alarm4b

alarm4a btfss

; alarma 4

rc,3 bsf

alarm4b btfss

ent1

; alarma 3

rc,3 rd,0

bsf return

rd,0

movlw movwf bcf btfsc

0x32 0x6f ebit1,0 ebit1,1

; pulsador de corte nc ; 12,5 miliseg.

134

135

ent1a

ent1b

fent1 ent2

ent2a

ent2b

fent2 ent3

ent3a

ent3b

goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

ent1b rb,0 fent1 ebit1,0 ent1a ebit1,1 fent1 rb,0 fent1 ebit1,0 ent1b ebit1,1

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit1,2 ent2b rb,1 fent2 ebit1,0 ent2a ebit1,2 fent2 rb,1 fent2 ebit1,0 ent2b ebit1,2

; pulsador de corte nc ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss

0x02 0x6f ebit1,0 ebit1,3 ent3b rb,7 fent3 ebit1,0 ent3a ebit1,3 fent3 rb,7 fent3 ebit1,0

; marcha adelante no ;

; retarda si hay cambio de estado

135

136

fent3 ent4

ent4a

ent4b

fent4 ent5

ent5a

ent5b

fent5 ent6

ent6a

goto bcf return

ent3b ebit1,3

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x02 0x6f ebit1,0 ebit1,4 ent4b rb,6 fent4 ebit1,0 ent4a ebit1,4 fent4 rb,6 fent4 ebit1,0 ent4b ebit1,4

; marcha atras no ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x02 0x6f ebit1,0 ebit1,5 ent5b rb,5 fent5 ebit1,0 ent5a ebit1,5 fent5 rb,5 fent5 ebit1,0 ent5b ebit1,5

; marcha rapido no ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto

0x10 0x6f ebit1,0 ebit1,6 ent6b rb,4 fent6

; final de carrera volante no ;

136

137

ent6b

fent6 ent6x

ent6xa

ent6xb

fentx6 ent7

ent7a

ent7b

fent7

btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

ebit1,0 ent6a ebit1,6 fent6 rb,4 fent6 ebit1,0 ent6b ebit1,6

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto decfsz goto bsf goto btfss goto decfsz goto bcf return

0x14 0x39 ebit1,0 ebit1,6 ent6xb rb,4 fentx6 0x39,1 ent6xa ebit1,6 fentx6 rb,4 fent6 0x39,1 ent6xb ebit1,6

; final de carrera volante no ;

movlw movwf bc btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x02 0x6f ebit1,0 ebit1,7 ent7b rb,3 fent7 ebit1,0 ent7a ebit1,7 fent7 rb,3 fent7 ebit1,0 ent7b

; recorrido de pison no ; manual recorrido

ebit1,7

137

138 ent8

ent8a

ent8b

fent8 ent9

ent9a

ent9b

fent9 ent10

ent10a

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit2,1 ent8b rb,2 fent8 ebit1,0 ent8a ebit2,1 fent8 rb,2 fent8 ebit1,0 ent8b ebit2,1

; fin de carrera traba ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit2,2 ent9b rd,5 fent9 ebit1,0 ent9a ebit2,2 fent9 rd,5 fent9 ebit1,0 ent9b ebit2,2

; fin de carrera mesa atras para pasar a lento nc ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf

0x32 0x6f ebit1,0 ebit2,3 ent10b rd,4 fent10 ebit1,0 ent10a ebit2,3

; fin de carrera mesa atras para paro nc ;

138

139

ent10b

fent10 ent11

ent11a

ent11b

fent11 ent12

ent12a

ent12b

fent12 ent13

goto btfss goto btfss goto bcf return

fent10 rd,4 fent10 ebit1,0 ent10b ebit2,3

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x26 ebit1,0 ebit2,4 ent11b rc,7 fent11 ebit1,0 ent11a ebit2,4 fent11 rc,7 fent11 ebit1,0 ent11b ebit2,4

;final marcha adelante nc ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit2,5 ent12b rc,6 fent12 ebit1,0 ent12a ebit2,5 fent12 rc,6 fent12 ebit1,0 ent12b ebit2,5

;fin carrera marcha adelante nc ; pasa a lento

movlw movwf bcf

0x32 0x6f ebit1,0

;solo pison ;

139

140

ent13a

ent13b

fent13 ent14

ent14a

ent14b

fent14 ent15

ent15a

ent15b

btfsc goto btfsc goto btfs goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

ebit2,6 ent13b rc,5 fent13 ebit1,0 ent13a ebit2,6 fent13 rc,5 fent13 ebit1,0 ent13b ebit2,6

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit2,7 ent14b rc,4 fent14 ebit1,0 ent14a ebit2,7 fent14 rc,4 fent14 ebit1,0 ent14b ebit2,7

; seĂąal de barrera de corte ; seguridad

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto

0x32 0x6f ebit1,0 ebit3,1 ent15b rd,3 fent15 ebit1,0 ent15a ebit3,1 fent15 rd,3 fent15

; corchon de aire ;

140

141

fent15 ent16

ent16a

ent16b

fent16 ent17

ent17a

ent17b

fent17 ent18

ent18a

btfss goto bcf return

ebit1,0 ent15b ebit3,1

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit3,2 ent16b rd,2 fent16 ebit1,0 ent16a ebit3,2 fent16 rd,2 fent16 ebit1,0 ent16b ebit3,2

; cambio cuchilla ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return

0x32 0x6f ebit1,0 ebit3,3 ent17b rd,6 fent17 ebit1,0 ent17a ebit3,3 fent17 rd,6 fent17 ebit1,0 ent17b ebit3,3

; ;

movlw movwf bcf btfsc goto btfsc

0x32 0x6f ebit1,0 ebit3,4 ent18b rd,7

; ;

141

142

ent18b

fent18

goto btfss goto bsf goto btfss goto btfss goto bcf return end

fent18 ebit1,0 ent18a ebit3,4 fent18 rd,7 fent18 ebit1,0 ent18b ebit3,4

142

143

ANEXO 5. DETALLE DEL DIAGRAMA DE CONEXIONES

Ilustraciรณn 66: Caso Nยบ 10, Mรกquina compaginadora y engrapadora con falla en PLC

143

144

ANEXO 5. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

Falla de funcionamiento. Es cuando la máquina tiene una falla en alguna parte del proceso en la realización del trabajo para el cual fue diseñada. Funcionamiento normal. Es cuando una máquina realiza el trabajo para el cual fue diseñada y en el tiempo que se requiere, de manera continua y automática. Máquina. Es la que está representada por un conjunto de elementos móviles y fijos que permite aprovechar un trabajo determinado de una manera más eficiente. Microcontroladores. También PIC (Peripheral Interface Controller), que significa Controlador de Interface Periférica. Se encuentra también abreviado como μC, UC o MCU, que es un circuito integrado programable. Tarjeta de control. Que en algunos manuales se encuentra como “módulo de control”, pero se hará referencia a tarjeta en este documento.

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