Máquina-Prototipo para la Fabricación de Nanofibras por Electrohiladura

Author(s):
J. C. Antolín - FUNDACION INASMET
P. Casado - FUNDACION INASMET
M.A. Pérez - FUNDACION INASMET
F. Seco - FUNDACION INASMET
P. Estensoro - FUNDACION INASMET
J. R. García - FUNDACION INASMET
M. Arrúe - FUNDACION INASMET

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:

The Challenge:
Utilizar un sistema de adquisición y control de las señales que intervienen en un proceso industrial de generación de nanofibras por medio de la plataforma de tiempo real Compact Field Point.

The Solution:
Este sistema debía ser rápidamente implementado por lo que se seleccionó una plataforma compact Field Point con un Backplane de 8 slots para posibles ampliaciones (Aplicación embebida en la plataforma cFP monitorizada y controlada por ordenador)

El departamento de Ingeniería de Producto de la Fundación INASMET-Tecnalia, da soporte interno a los diferentes departamentos y unidades de negocio de la empresa desarrollando prototipos para procesos industriales específicos dentro del desarrollo de nuevos materiales. En este sentido surgió la necesidad de desarrollar un prototipo para la fabricación de nanofibras que se utilizarán para el desarrollo de sensores y membranas basados en nanofibras de altas prestaciones.

Debido a la gran variedad de variables que intervienen en el proceso (superior a 25) se escogió un sistema que permitiera controlar, monitorizar y guardar la información del proceso de manera sencilla y rápida, para posteriormente analizarla en función de las propiedades de las nanofibras generadas.

Para ello se seleccionó una plataforma Compact FieldPoint con un Backplane de 8 slots para posibles ampliaciones y que contiene, por una parte, tarjetas de entradas analógicas y digitales para la supervisión de los diferentes sensores y señales analógicas y, por otra, tarjetas de salidas analógicas y digitales para el control de los diferentes actuadores y dispositivos necesarios en el proceso, como son, la fuente de Alta tensión DC, la bomba dosificadora, el desplazamiento de los posibles colectores y la gestión de las alarmas y acceso al área de trabajo permitiendo en acceso seguro a éste.

En las Figuras 1 y 2 se pueden observar por una parte el interfaz de usuario y por otra el prototipo de la máquina. El interfaz de usuario consta de un menú principal desde el que se puede acceder al control y monitorización de los diferentes parámetros. Mediante las pestañas se accede a otro tipo de información como son las gráficas de señales medioambientales, señales analógicas de la fuente de Alta tensión y el histórico de alarmas ocurridas durante el proceso. Así mismo se puede acceder a otro modo de operación para calibrar y comprobar la correcta funcionalidad de los distintos elementos independientemente.

En la Figura 3, se muestra el diagrama de bloques de los principales elementos de la máquina que entran en juego.

Dentro de la interfaz de usuario, el operador interactúa con el sistema accediendo al Programmable Automation Controller, PAC, modificando los parámetros del sistema para generar las nanofibras con las características apropiadas. Para ello se posiciona el sistema de deposición a la distancia requerida, inyectando a su vez el polímero diluido mientras se alimenta con alto voltaje (hasta 30kV). Un colector, que puede ser cilíndrico o plano, recoge la nanofibras generadas desarrollando el entramado requerido.

Por tanto, el PAC debe controlar, monitorizar y actuar, tal como se indica en la Figura 3, sobre las señales que provienen y actúan sobre los siguientes dispositivos,

 

•  Módulo de seguridad
•    Fuente de Alta Tensión, controlada por medio de entradas y salidas analógicas y digitales
•   Bomba dosificadora, controlada por comunicación RS-232
•    Motor para elevación del punto de dosificación,
•   Motor para el desplazamiento horizontal del colector
•    Motor para rotación del colector cilíndrico/Actuador Giratorio de colector plano
•    Sensores
•    Alarmas

 Las señales más importantes que deben ser almacenadas, entre otras muchas, son la tensión aplicada, la corriente de colector-tierra, el flujo de polímero, la distancia entre punto dosificador y colector, señales medioambientales, etc.

Una vez el proceso ha terminado se genera un informe con los datos obtenidos en el proceso, que se asocian a las características y parámetros de las nanofibras generadas para posteriormente optimizar su fabricación de acuerdo a las exigencias del sensor a desarrollar.

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J. C. Antolín
FUNDACION INASMET

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