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1. INTRODUCCIÓN
Las sierras circulares de mesa se han vuelto los
mejores aliados para el proceso de la madera,
ciertas industrias dedicadas a este oficio han
optado por mejorar la producción de mueblería
mediante la implementación de estructuras en
hierro para ser utilizadas como mesa de la sierra
de banca, en estas estructuras también tienen
implementado un tornillo sin fin para poder
desplazar una parte móvil de la mesa cuando sea
necesario. (Orlowski, Dudek, Chuchala,
Blacharski, & Przybylinski, 2020)
Con el fin de complementar la estructura de la
mesa de sierra, la misma también cuenta con un
brazo robótico que sirve para realizar
movimientos lineales o peligrosos para el
Control automático de corte en una sierra escuadradora para modulares de
madera
Fernando Jácome1, Yolanda Getial 2, Henry Osorio3, Gabriela Vera 4
1,2,3,4 Instituto Tecnológico Superior Rumiñahui –Carrera de Tecnologías Superior en Electricidad, Sangolqui – Ecuador
fernando.jacome@ister.edu.
Resumen: Las micro empresas dedicadas a la fabricación de muebles para modulares lo han venido
haciendo de una forma manual, siendo este el principal inconveniente para la producción de dichos
productos. Con el fin de dar solución a esta problemática que atravesaba la microempresa se implementó
una sierra escuadradora semiautomática. El presente proyecto tuvo como objetivo automatizar el
accionamiento de una sierra para cortes en madera, que se prepara para el ensamblaje de muebles
modulares. El método utilizado para lograr el resultado favorable se realizó mediante el diseño mecánico,
en función de lo que la microempresa requería con la fabricación de una estructura metálica como mesa,
y posterior a eso, la implementación de los equipos eléctricos y electrónicos. Una vez ya concluido la
parte de la implementación de los equipos eléctricos y electrónicos se procedió a la automatización
mediante el uso de un PLC LOGO v8.3 de la marca Siemens y una pantalla HMI de la marca KINCO,
con esto se logró mejorar el proceso de la producción ya que mediante la pantalla se pudo digitar
parámetros como son el número de cortes y tamaño de los mismos.
Palabras clave: Automatización de Sierras; Controladores Lógicos Programables; Cortes de madera.
Automatic control of cuts in a sliding table saw for modular wood
Abstract: The micro companies dedicated to the manufacture of modular furniture have been doing it
in a manual way, being this the main inconvenience for the production of these products. In order to
solve this problem, a semi-automatic sliding table saw was implemented. The objective of this project
was to automate the operation of a saw for wood cutting, which is prepared for the assembly of modular
furniture. The method used to achieve the favorable result was done through the mechanical design,
according to what the microenterprise required with the manufacture of a metal structure as a table, and
after that, the implementation of electrical and electronic equipment. Once the implementation of the
electrical and electronic equipment was completed, we proceeded to the automation through the use of a
Siemens PLC LOGO v8.3 and a KINCO HMI screen, with this we were able to improve the production
process since the screen could be used to enter parameters such as the number of cuts and their size.
Keywords: Saw Automation; Programmable Logic Controllers; Wood Cuts.
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operador, en el caso de la sierra, este elemento
puede ser manipulado ya sea de forma manual o
automática, posicionamiento en la distancia
requerida y sujetar el tablero que se procesa. Este
aparato es muy importante en las industrias ya que
sirven para realizar distintas actividades y
remplazan al ser humano, se los utiliza en el área
doméstica, entornos peligrosos y delicados como
es el área de la salud. (Gautam, Gedam, Zade, &
Mahawadiwar, 2017)
Con el avance de la tecnología hoy en día se puede
diseñar o implementar equipos con más precisión
de medida, los encoder magnéticos son ideales
para controlar y determinar una medida exacta
mediante movimientos giratorios, se puede
realizar conteos de cada giro que este realiza en
un determinado tiempo y tomar como referencia
para una medida exacta como es en el caso de
cortes en madera. (Desbiolles & Friz, 2007)
Para el desarrollo y funcionamiento, este tipo de
maquina requiere la implementación de
protecciones correctamente dimensionadas,
contactores y conductores de acuerdo a la
corriente que circule por el circuito. Estos equipos
deben estar correctamente ubicados en un lugar
seguro como los gabinetes industriales, de esta
manera estarán menos expuestos a ocasionar
algún tipo de accidente y protegidos del deterioro
que puede ocasionarle el ambiente. (Dr. Nagham
, Dr. Afaq , & Alaa Hamza , 2021)
Actualmente existen maquinas como las sierras
de banca automatizadas que permiten mejorar la
producción de muebles para modulares, el
proceso de automatizado lo realizan mediante el
uso de equipos electrónicos como los sensores de
distancia, sensores inductivos, capacitivos, PLC
LOGO v8.3 de la marca Siemens y HMI,
mediante la pantalla permite digitar parámetros y
facilita el trabajo al maquinista. (Suthar, 2016)
También existen las llamadas sierras de cinta, esta
herramienta esta adecuada para procesar la
materia prima como son los troncos de árboles y
tablones, dejando así tablas y planchas con
menores dimensiones para poder seguir
avanzando con el proceso mediante las sierras de
banca. (Sysala, Stuchlík, & Neumann, 2019)
En las industrias dedicadas a la fabricación de
mubles para modulares y todo lo que se relaciona
con la madera han optado por reemplazar
maquinas manuales por maquinas automatizadas,
haciendo de alguna manera que el proceso de esta
materia prima sea más eficiente y evite el esfuerzo
del operario de dicha herramienta. Hoy en día
muchas de las sierras de mesa son automatizadas,
esto permite aumentar la producción y
perfeccionar los cortes de diferentes medidas con
las tecnologías que se implementan en las sierras,
disminuye la demanda de la mano de obra de los
maquinistas. (Jaroslav Cervenka, 2009)
Hoy en día existe una variedad de máquinas en el
mercado que suelen ser usadas en construcciones
y también en talleres de carpintería, son útiles
para dar forma a ciertos objetos y realizar cortes
con precisión. Con el avance de la tecnología en
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la actualidad ya existen maquinas inteligentes que
realizan cortes de manera semiautomática y
automática, la estructura de estas mesas es
diseñadas y fabricadas en hierro, esto con el fin de
evitar daños en la estructura por el peso que esta
soporta al momento de realizar trazos en madera.
La demanda de este material a aumentado en el
mercado, por lo que las industrias dedicadas a
brindar este servicio se han visto en la necesidad
de innovar el proceso para ampliar la producción
y ahorrar recursos. (Department of Mechanical
Engineering, Teerthanker Mahaveer University,
Moradabad, Uttar Pradesh, 2022)
Se han desarrollado diseños giratorios de
máquinas para realizar cortes en diferentes
ángulos en madera y aluminio, implementación
de seguridad como sensores con radiación
electromagnéticas que detecten piel humana, esto
sería una de las alternativas para evitar los altos
índices de accidentes ocasionados por la
manipulación de estas máquinas, sufrir cortes, o
en el mayor de los casos la amputación de una
extremidad. (Jawad , Ahmed , & Mohamed, 2018)
Para el proceso de la madera implica un
sinnúmero de actividades, desde la producción de
la madera y posterior la tala de árboles para luego
ser procesados con herramientas adecuadas, cabe
recalcar que para la tala de los árboles se utiliza la
sierra de cadena debido a que es una herramienta
portátil y adecuada para dicho proceso, para la
fabricación de muebles y todo lo relacionado con
la madera se utiliza sierras de banca manuales y
automáticas, mediante las mismas facilita la
producción de dicho material. Se debe tomar en
consideración que la tala de árboles
indiscriminadamente causa la escasez de este
producto y atentan contra la vida de los seres
vivos y su ecosistema. (Muthike, Kanali, &
Shitanda, 2013)
Para la seguridad de quienes operan este tipo de
herramientas como las sierras automáticas y
semiautomáticas, hoy en día existen métodos para
implementar dispositivos de seguridad con el fin
de mitigar el riesgo que conlleva esta actividad.
(Cavedo, Esmaili, & Norgia, 2023)
2. METODOLOGÍA
2.1. Materiales
La microempresa LC Modulares presentaba un
problema en el proceso de fabricación de muebles
para modulares, esto debido a que contaban con
una sierra de banca netamente manual con
estructura de madera, impidiendo la producción
de este material, para la elaboración de este
producto utilizaban flexómetros para medir el
trazo en el tamaño deseado, posicionamiento de la
regla móvil y posterior a eso colocar el tablero con
la ayuda de dos operarios. Con el fin de dar
solución a esta problemática se propuso cambiar
la estructura de la mesa de madera por una mesa
de hierro, automatizar la sierra y mediante la
misma digitar parámetros como numero de cortes
y tamaño de los mismos. Para la implementación
de este proyecto se realizó un plano con las
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respectivas dimensiones en función de lo que la
microempresa requería, la mesa fue diseñada con
el propósito que pueda sujetar tableros de tamaño
comercial, estos tienen una longitud de 1,20 m por
2,40 m.
La mesa fue diseñada con el fin que pueda sujetar
tableros comerciales, tiene una longitud de 1,20m
por 2,40m, está formada por dos partes una parte
fija que sujeta el tablero al momento de realizar
los trazos, y una parte móvil que se extiende si el
tablero a procesar es de tamaño comercial, en la
Fig. 1 se puede observar el plano mecánico de la
mesa utilizada para la sierra.
2.2. Selección y adquisición de elementos
Para la implementación y puesta en marcha de
este proyecto se utilizó un gabinete industrial de
doble fondo donde están adecuadas cada uno de
los implementos tanto eléctricos y electrónicos,
protección general, protecciones individuales,
contactores, Fuente de Voltaje DC, Controlador
Lógico Programable (PLC) marca Siemens
modelo LOGO, pantalla táctil de interfaz hombre
maquina (HMI) y sensores. También, se utilizó un
motor AC de 5 hp para el funcionamiento de la
sierra y un motorreductor DC de ¼ hp, el mismo
esta implementado para realizar el movimiento de
la regla móvil hacia adelante y hacia la parte
posterior, esto dependiendo del tamaño del corte
que se requiera.
En este gabinete están adecuados cada uno de los
implementos eléctricos que se utilizó para la
implementación y puesta en marcha el proyecto
de la sierra escuadradora, en la siguiente Fig. 2, se
indica la parte frontal del gabinete con la pantalla
táctil HMI marca KINCO con luces pilotos
indicadores de encendido de la sierra, un
interruptor y un paro de emergencia. Tanto el
interruptor como el paro de emergencia están
conectados en serie a la bobina del contactor
general con el fin de dar de baja al circuito de
mando y el de fuerza en caso de suscitarse algún
inconveniente.
Para la medición de distancia se utilizó el sensor
Sharp GP2Y0A21YK0F el cual se implementó
para medir la distancia entre la regla móvil y la
sierra. Cuenta con tres terminales de conexión y
se alimenta con un voltaje de 4 V a 5 V por lo que
se implementó una fuente reguladora de voltaje.
En la Fig. 3 se puede observar al sensor de
distancia y en la Tabla 1 se pueden observar las
características técnicas.
El Sensor Inductivo de presencia LJ12A3-BX
NPN se ubicó a un costado de la mesa para
detectar únicamente el metal. Estos dispositivos
cumplen la función de finales de carrera evitando
que la regla móvil sobrepase el límite de la
posición, ya que esta realiza movimientos hacia la
derecha y hacia la izquierda. En la Fig. 4 se puede
observar al sensor inductivo de presencia y en la
Tabla 2 se pueden observar las características
técnicas del sensor inductivo de presencia.
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El sensor capacitivo LJC18A3-8Z/BY es un
dispositivo que detecta objetos no metálicos. Se
alimenta a un voltaje de 6 a 36V y tiene un rango
de medida a 5mm de distancia. Este sensor esta
implementado en la parte inferior de la mesa y
cerca de la sierra, realiza el conteo de cada uno de
los cortes que ya son procesados. En la fig. 5 se
puede observar al sensor capacitivo.
El procesamiento de señal proporcionada por los
sensores, pulsadores o sistema HMI está
compuesto por un Logo Siemens 12/24 RCE de
Siemens, el cual se conecta directamente con él
módulo AM2 RTD marca SIEMENS encargado
de procesar la información proveniente del sensor
de temperatura PT100. Las características del
controlador se muestran en la Tabla 3.
Entre los actuadores se dispone de electroválvulas
que cumplen con la función de trasvase desde el
tanque de pre-cocción y la recirculación del
mosto. Las características técnicas de la
electroválvula se encuentran en la Tabla 4.
2.3. Diseño del sistema de control y monitoreo.
Se realizó el cálculo de la corriente de cada una
de las cargas para identificar y seleccionar el
calibre de conductores y las protecciones en cada
uno de los circuitos, la corriente total del circuito
es de 33A, corriente del circuito de la sierra 25A,
corriente del circuito de control 8A, en función de
la corriente total y de cada uno de los circuitos. En
la Fig.6 se puede observar las conexiones del
sistema de control y de fuerza utilizado para los
cortes de madera para modulares.
Mediante el software KINCO TOOLS se
programó a la pantalla táctil HMI con cuatro
pantallas, y mediante estas, configurar los
parámetros de los cortes a realizar, ya sea en el
modo semiautomático o el modo manual. Se creo
una pantalla inicial para seleccionar modo de
funcionamiento, una segunda para las
instrucciones de funcionamiento manual y
automático, una tercera pantalla para el proceso
manual y otra para la función semiautomático. En
la siguiente pantalla inicial, el operador puede
seleccionar el modo de funcionamiento que se
requiera, ya sea para el proceso manual o
semiautomático. En la Fig. 7, se puede visualizar
la pantalla inicial del sistema HMI.
En la Fig.8, se muestra la pantalla que indica el
modo de funcionamiento manual, cuenta con
cinco botones para configurar parámetros de
cortes donde se visualiza el tamaño y numero de
cortes. El desplazamiento de la regla móvil se da
cuando se presiona el botón adelante, se activa el
motorreductor y se desplaza la regla móvil hacia
adelante. El mismo proceso se repite presionando
el botón atrás, la regla se desplaza hacia la parte
posterior quedando en una postura correcta y
posteriormente realizar los cortes, una vez ya
posesionada la regla móvil se procede a presionar
el botón de encendido On/Off para dar inicio al
proceso de corte.
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La pantalla de funcionamiento semiautomático
tiene el botón empezar y los indicadores donde se
digita el número de cortes deseados y el tamaño
de los mismos, en uno de los indicadores se
visualizará los cortes ya procesados y en el otro
indica la distancia entre la regla y la sierra. Una
vez ya digitado los parámetros de número de
cortes y el tamaño, se presiona el botón empezar
y se activa el motorreductor, la regla se desplaza
dependiendo del tamaño de corte que el operario
requiera. Cuando la regla móvil se posesiona en la
distancia indicada se detiene y procede a realizar
un retardo de 5 segundos y se enciende la sierra,
cuando el número de cortes deseados sea igual al
número de cortes procesados la maquina se
detiene de forma automática. Para volver a
realizar el proceso se debe presionar el botón de
reset.
En la Fig. 10, se puede apreciar el diagrama de
flujo de la lógica del funcionamiento
semiautomático.
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Diseño de la mesa realizado en el software AutoCAD.
Figura 1: Plano mecánico de la mesa realizado en el software AutoCAD
Gabinete Industrial implementado
Figura 2. Gabinete industrial de doble fondo.
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Sensor Sharp analógico de distancia GP2Y0A21YK0F.
Figura 3. Sensor Sharp analógico de distancia GP2Y0A21YK0F.
Sensor Inductivo LJ12A3-BX NPN
Figura 4. Sensor Inductivo LJ12A3-BX NPN.
Sensor Capacitivo LJC18A3-8Z/BY
Figura 5. Sensor Capacitivo LJC18A3-8Z/BY
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Plano eléctrico de conexiones del sistema de control
Figura 6. Plano eléctrico de conexiones del sistema de control
Pantalla inicial de modo de operación.
Figura 7. Pantalla inicial de modo de operación.
Sierra
Escuadradora
Regla movil
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Pantalla función manual.
Figura 8. Pantalla función manual.
Pantalla función semiautomática.
Figura 7. Pantalla función semiautomática
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Diagrama de flujo modo semiautomático.
Figura 10. Diagrama de flujo modo semiautomático.
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Tabla 1. Características técnicas del sensor Sharp.
Marca
Voltaje de alimentación
Voltaje de salida
Rango de medida
Dimensiones
Tabla 2. Características técnicas del sensor inductivo LJ12A3-BX NPN
Tabla 3. Características técnicas del sensor capacitivo LJC18A3-8Z/BY
Marca
LJC18A3-8Z/BY
Indicador
Led rojo
Rango de medida
1mm a 5mm
Voltaje de alimentación
6 a 36V
Marca.
HUCHDD
Voltaje alimentación.
6 a 36V DC
Rango de medida
4mm.
Tipo de salida.
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Prueba de corte en el modo manual y
automático
Una vez concluido el proceso de la
implementación eléctrica y posterior la
automatización de la misma se procedió a realizar
pruebas de campo, tanto en el modo manual como
en el automático. Teniendo como resultado los
cortes realizados en el modo manual digitando
parámetros como es el tamaño y numero de los
cortes solicitados.
En la prueba realizada desde el modo automático
en donde se digita los parámetros requeridos, y
posterior a este ingreso, la maquina hace un
conteo de 5 segundos y automáticamente se indica
el tamaño digitado en la pantalla y el tamaño real
del corte ya procesado, se obtuvieron errores de 1
mm.
4. CONCLUSIÓN
Con el diseño e implementación de la sierra se
benefició a la microempresa LC Modulares,
teniendo como resultado el aumento de la
elaboración de muebles para modulares y
variedades de actividades que lo realizan con la
madera, desplazar el tablero de la mesa para
facilitar el proceso de cortes.
Con tablero eléctrico se puede tener el control de
cada uno de los componentes que están
implementados para el funcionamiento de la
sierra.
Mediante el proceso de automatización se ha
logrado mejorar la producción de muebles, y
mediante la pantalla se puede visualizar los
parámetros del proceso de corte en el modo
manual, mientras que en el modo semiautomático
permite digitar parámetros como el tamaño y el
número de cortes deseados.
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