Author: BENIGNO MUÑOZ BARRON

Controlador modular y reconfigurable para máquina de inyección de plástico basado en FPGA

BENIGNO MUÑOZ BARRON (2021)

El plástico ha sido parte de la vida moderna por varias décadas. La industria del moldeo por inyección consume alrededor del 32% de todos los plásticos, por lo tanto una máquina de inyección por moldeo es una de las herramientas existentes más significativas para procesar materiales plásticos. Hay muchos tipos diferentes de máquinas de inyección de plástico, las dos más populares son la de fase simple y la de dos fases. Sin embargo, todas estas máquinas desempeñaban plastificación, inyección, post inyección, enfriamiento y retiro de la parte moldeada. El moldeo por inyección de plástico es un proceso complejo que involucra muchas variables tales como: presión, posición, velocidad, temperatura y varios eventos discretos de entradas y salidas, lo cual necesita una alta capacidad de cómputo para poder controlar todas las variables continuas y los eventos discretos. Otro problema en los controladores comerciales para inyección es su arquitectura cerrada que condiciona el desempeño y eficiencia del proceso. Una manera de resolver el problema de cómputo intensivo y el problema de arquitecturas cerradas es utilizar un dispositivo de alto desempeño tal como un FPGA (Field Programmable Gate Array) para implementar un PLC (controlador lógico programable). Este trabajo presenta la implementación de un PLC basado en FPGA, controladores difusos y una red de microprocesadores para controlar una máquina de inyección de plástico. La arquitectura propuesta expone una manera de implementar una carga computacional intensiva en un dispositivo de bajo costo que contiene un grupo de bloques colaborativos. El sistema fue desarrollado de una manera modular con elementos para el control de eventos continuos y eventos discretos, así como módulos de comunicación. El sistema fue probado en una máquina de inyección Husky, que se encuentra en el laboratorio de la Facultad de Ingeniería. Los resultados obtenidos demostraron la eficiencia del sistema para llevar a cabo el proceso completo de inyección. El sistema desarrollado es una excelente opción para que pequeñas y medianas empresas dedicadas al rubro del plástico, a fin de que realicen la reconversión de su maquinaria y con esto puedan incrementar el nivel de productividad y extender la vida de las máquinas; es decir, hacer máquinas convencionales más eficientes y productivas.

Plastic has been a part of modern life for several decades. Injection molding industry consumes about 32% of all this plastics, therefore an injection molding machine (IMM) is one of the most significant existing tools for processing plastic materials. There are many different types of IMM's, the two most popular are the single stage and the two stage. However, these machines all perform plasticizing, injection, after filling, cooling and molded-part release. Plastic injection molding is a complex process that involves many variables such as: pressure, position, speed, temperature, and several discrete input/output events, which represent a big computational load for the control of all the variables and discrete events. Another problem in the commercial controllers is the close architecture, which conditions the process performance and efficiency. A way to solve the computational-intensive problem is to use a high performance device such a field programmable gate array (FPGA) to implement a PLC (Programmable Logic Controller). This work presents a FPGA-based PCL, fuzzy controllers, and a microprocessor network to control a plastic injection molding machine. The proposed architecture exposes a way to implement an intensive computational load into a low cost device that contains collaborative microprocessors blocks. The system was developed on a modular way and includes several control modules for continuous events, a processor for discrete events control, as well as communication modules. The system was tested on a Husky injection molding machine, which is located in the laboratory of the School of Engineering. The result obtained showed the efficiency of the system to perform the injection process. The system developed is an excellent option for small and medium enterprises (SME's), dedicated to the plastic industry, in order to carry out machinery conversion, so an increment in the productivity and in the extension of the machine's life can be achieved; that is, making conventional machines more efficient and productive

Master thesis

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA LÓGICA