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Diseño e Implementación de la solución de automatización del proceso

de distribución del producto por color para la maquina HAS-200 para la

Universidad Distrital



DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LA SOLUCION DE AUTOMATIZACION DEL PROCESO DE DISTRIBUCION DE PRODUCTO POR COLOR PARA LA MAQUINA HAS-200, UBICADA EN EL LABORATORIO DE INDUSTRIAL DE LA FACULTAD TECNOLOGICA


EDWIN LEONEL MARQUEZ SANDOVAL

NELLY PAOLA FONSECA JAMAICA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

BOGOTÁ D.C.

2011

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LA SOLUCION DE AUTOMATIZACION DEL PROCESO DE DISTRIBUCION DE PRODUCTO POR COLOR PARA LA MAQUINA HAS-200, UBICADA EN EL LABORATORIO DE INDUSTRIAL DE LA FACTULTAD TECNOLOGICA

EDWIN LEONEL MARQUEZ SANDOVAL

NELLY PAOLA FONSECA JAMAICA
Tesis para optar por el Título de

Ingeniero en Control

Director



ING. JORGE EDUARDO PORRAS B.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD TECNOLOGICA

BOGOTÁ D.C.

2011

Nota de aceptación

Presidente del jurado
Jurado

Jurado
Jurado


Director de proyecto

Bogotá, Abril 2011


AGRADECIMIENTOS


Este proyecto lo dedicamos a nuestras familias, quienes día a día fueron nuestro apoyo en este largo y arduo camino para poder culminar esta carrera logrando así este gran objetivo profesional.
Gracias por sus palabras de aliento, por su compañía sin importar la hora además de su ayuda en los momentos fundamentales en este proceso.


A los docentes quienes aportaron sus conocimientos a lo largo de este proyecto enseñando no solamente sus experiencias a nivel profesional si no a nivel personal. Entre ellos al profesor Frank Nixon Giraldo, Luis Alejandro Rojas, Miguel Pérez Pereira, Jorge Eduardo Porras quienes realizan su vocación por el arte de enseñar y cultivar sus conocimientos en otras personas.

Por último y no menos importantes, gracias a nuestros compañeros de estudio pues con su ayuda y sobretodo su sabiduría afrontamos momentos alegres, tristes y difíciles pero finalmente inmemorables.


Gracias a todos.


TABLA DE CONTENIDO

Tema Pág.
GLOSARIO X

  1. INTRODUCCION XI


2.0. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA XII

2.1. Descripción del sistema

2.2. Identificación del Problema

2.3. Clasificación del producto
3.0. OBJETIVOS XIII

3.1. General

3.2. Específicos
4.0. ALCANCES Y DELIMITACIONES XIV

4.1. Alcances

4.2. Delimitaciones
5.0. JUSTIFICACIÓN XV
6.0. MARCO TEORICO XVI

6.1. AUTOMATIZACION XVI

6.2. IMÁGENES XX

6.3. VISION COMPUTACIONAL XXII

6.3.1. Extracción de las características XXIII

de una imagen

6.4. CELDA DE AUTOMATIZACION HAS-200 XXIV
7.0. DESCRIPCION DEL PROYECTO XXV

7.1. Recolección del producto a reutilizar XXV

7.2. Dosificación del producto XXVI

7.3. Análisis del producto XXVI

7.4. Identificación del color XXVII

7.5. Distribución por color XXVII

7.6. Almacenamiento XXVIII

8.0. DESARROLLO DEL PROYECTO XXIX

8.1. Control del motor y la banda transportadora XXIX

8.2. Captura de imagen a procesar XXXI

8.3. Algoritmo en Matlab XXXII

8.4. Control en el micro XXXIII

8.5. Actuadores XXXIII

9.0. COSTOS DE FABRICACION XXXIV

Conclusiones XXXV
Bibliografía XXXVI

LISTA DE TABLAS


Pág.


Tabla No.1. Descripción de Materiales y costos XXXIV


LISTA DE FIGURAS

Figura Pág.
Figura No.1. Modelo estructural de un sistema automatizado XX
Figura No. 2. Celda automatizada HAS-200. XXIV
Figura No. 3. Diagrama de bloques de la solución. XXV
Figura No.4. (a)Granza multicolor a reutilizar.,(b)Granza Defectuosa. XXV
Figura No.5. (a) Alineamiento del producto, (b) Acercamiento XXVI
Figura No.6. (a)Punto de captura de la imagen.,

(b) Imagen capturada por el programa. XXVI
Figura No.7. Identificación del color por programa (a) color amarillo,

(b) color azul, (c) color rojo. XXVII
Figura No.8. Mecanismo neumático de distribución por color. XXVIII
Figura No.9. Almacenamiento. XXVIII
Figura No.10. Diagrama de bloques para el desarrollo del proyecto. XXIX
Figura No.11. (a)Estructura del aspa., (b) Motor D.C. que la controla. XXX
Figura No.12. Banda transportadora XXX
Figura No.13. Motor Paso a Paso XXXI
Figura No.14. (a)Cámara web encapsulada., (b) Imagen capturada. XXXI
Figura No.15. Diagrama de flujo del algoritmo para identificación del

color en Matlab XXXII

Figura No.16. Comunicación USB desde el PC al microcontrolador. XXXIII
Figura No.17. Etapa de potencia. XXXIII

LISTA DE ANEXOS


Anexo Pág.

ANEXO 1. Programa detallado en Matlab XXXIX
ANEXO 2. Programa detallado del microcontrolador LXV
ANEXO 3. Esquemático etapa de control LXVIII
ANEXO 4. Esquemático etapa de potencia LXIX
GLOSARIO
Algoritmo, se define como un conjunto de instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permite realizar una actividad mediante procesos sucesivos que no generen dudas a quien deba realizar la actividad.

Se debe tener en cuenta un estado inicial, una entrada se siguen los pasos sucesivos para así llegar a un estado final y obtener una solución. En el caso de nuestro proyecto esta secuencia se implemente en el programa Matlab.

Banda transportadora, Las bandas transportadoras constituyen sistemas mecanizados para transporte de materiales. En su forma más elemental, consisten en una banda que recibe su tracción mediante rodillos especiales los cuales a su vez son conducidos por motorreductores. La banda es fabricada, según su aplicación, con materiales y dimensiones diferentes y sirve directa o indirectamente para transportar los materiales.

Conjunto difuso Son conjuntos cuyos elementos que lo conforman, no le pertenecen de una manera absoluta sino de forma graduada.
Electroválvulas, es un dispositivo capaz de controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoideal.
Granza, es la materia prima de la maquina HAS-200. Son cuerpos sólidos (gránulos) en algunos casos esféricos de color: rojo, azul y amarillo.
Maquina HAS-200, es un sistema de alta automatización por su sigla en ingles hight automatization system. Es una herramienta didáctica creada con el fin de satisfacer las necesidades de la industria en cuanto a capacitación. Este sistema didáctico se asemeja a diversos sectores de la producción como: alimentación, farmacéutica, etc., de forma miniatura permitiendo así la aplicabilidad a nivel de universidad. Dicho equipo se encuentra constituido por un sistema totalmente modular de hasta 11 estaciones de trabajo, permitiendo tener un sistema robusto y real de un proceso industrial.
Matlab, es un software matemático que ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de programación propio (lenguaje M). Este programa además permite manejar un entorno grafico, el cual es diseñado por el programador con un menú de herramientas que se requiera.

Tolvas Dosificadoras, es un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados. Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas, de tal forma que la carga se efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior pequeña dependiendo de los requerimientos del proceso.



  1. INTRODUCCION


En el laboratorio de industrial se encuentra la maquina HAS-200 con la cual se dictan varias clases de diferentes carreras entre ellas: industrial, electrónica, control, sistemas, etc., haciendo interactuar a los estudiantes de dichas materias de forma cercana con el campo industrial.

Esta máquina consta de varias celdas automatizadas las cuales realizan a escala un proceso de producción, este consta de cuatro tipos de producto: granza amarilla, azul, roja y mixta. Dependiendo de la producción que el usuario programe, haciendo que dicha granza se mezcle. Como este sistema es didáctico dicha granza no se vota es reutilizada, pero al encontrarse mezclada es necesario que sea separada de forma manual por colores.

Por lo cual el tiempo de separación de la granza, era muy largo, engorroso y presentaba muchos errores de separación, además el tiempo de preparación de la maquina para otra producción no era el adecuado para poder prestar un servicio optimo entre una clase y otra.

Al encontrar estas falencias se creó un dispositivo capaz de separar de forma automática dicha granza utilizando como sensor una cámara la cual captura la imagen de la granza y por medio de un algoritmo hecho en Matlab se identifica el color de la granza. Después de haber identificado el color se envían señales al micro controlador quien es el encargado de activar el mecanismo de distribución neumática del producto a cada una de las tolvas de recolección.

Dichos sistemas serán tratados más a fondo en el cuerpo de este documento, permitiendo al lector tener una idea más clara, concisa y profunda de cómo funciona este dispositivo.
2.0. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


En el laboratorio de industrial se encuentra la maquina HAS-200 la cual realiza a escala un proceso productivo empacando cuatro tipos de producto: granza amarilla, azul, roja y mixta. Actualmente, cuando dicho proceso termina es necesario hacer una clasificación por color de forma manualmente. Esta tarea causa retrasos en el proceso que realiza la maquina, se hace necesario automatizar este sistema productivo ya que posee tecnología de punta desde el inicio de la actividad de empaque y se desaprovecharía al tener que reutilizar los productos finales.


2.1 Descripción del sistema
Para la solución óptima de dicho problema se diseña e implementa un sistema de identificación de color por cámara integrada a una computadora, la cual es la encargada de procesar dicha imagen capturada atraves de un algoritmo en Matlab, para luego ser seleccionada por medio de un conjunto de sopladores, que se encargan de distribuir dicha granza seleccionada a la tolva que corresponda según su color.

2.2 Identificación del Problema
La identificación del problema se logro por medio de la empresa constructora de dicho dispositivo (La fabrica SMC), el cual le traslado esta necesidad a los estudiantes de la Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”, sugiriendo la necesidad de una máquina capaz de separarla granza por color de forma automática.


2.3. Clasificación del producto
Se hace de forma automática, por medio de la captura de imagen a través de la cámara se obtiene la información del color de la granza y se determina a que tolva debe ser distribuida.
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