Etiquetadora de Botellas

Universidad Simón Bolívar Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica

Automatización de Etiquetadora de Botellas Krones bajo PLC SIEMENS

Por Domingo Alberto Díaz Esteva

Sartenejas, Febrero de 2006

Universidad Simón Bolívar Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica

Automatización de Etiquetadora de Botellas Krones bajo PLC SIEMENS Por Domingo Alberto Díaz Esteva

Realizado con la Asesoría de Tutor Académico: Prof. Omar Pérez López Tutor Industrial: Ing. Gregorio Aguilar

PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, Febrero de 2006

Universidad Simón Bolívar Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica

“Automatización “Automatización de Etiquetadota Etiquetadota de Botellas Krones bajo PLC SIEMENS” PROYECTO DE GRADO presentado por: Domingo Alberto Díaz Esteva. 0032732 TUTOR ACADEMICO: Prof. Omar Pérez López TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Gregorio Aguilar

RESUMEN Este proyecto de grado surge de la necesidad del Departamento Eléctrico de la empresa Cervecería Regional, Planta Cagua, debido al funcionamiento poco eficiente de la etiquetadora #1 de la línea de producción #1, de marca Krones, modelo StarMatic, la cual debido al tiempo de servicio fue cayendo en deterioro y obsolescencia de su PLC original, y por ende de su lógica de control, encontrándose para el inicio del periodo del presente  proyecto, que la misma misma operaba bajo lógica lógica de relés y contactores. contactores. Es por esto que se plantea plantea la automatización automatización y restitución de las funcionalidades funcionalidades originales utilizando utilizando un PLC Siemens de la serie S7-300. Como parte inicial del proyecto, se hizo un levantamiento de información información del proceso de etiquetado, de planos eléctricos eléctricos originales y de las funciones originales de la máquina, máquina, así como también de la interconexión interconexión con la línea de producción. Se investigó y se observó el funcionamiento de máquinas similares en diversas líneas de la planta para plantear el esquema de funcionamiento final sobre el cual se trabajaría. Se realizó la identificación de entradas y salidas del sistema a controlar y los lazos de control del mismo, posteriormente se hizo un estudio del hardware de Siemens  para establecer la CPU y los módulos necesarios para la automatización; luego se desarrolló el software bajo la  plataforma de Siemens STEP 7, implementando los algoritmos de control para el accionamiento de cada uno de los motores, el control de velocidad del motor principal y la entrada y salida del carro etiquetador para el cual se implementó un registro de corrimiento. Posteriormente se recableó el tablero de control existente para incluir secuencialmente el nuevo control, debido a que la máquina no fue parada de su producción. Una vez en su totalidad instalado, se habilitaron cada una de las funciones programadas y fueron puestas a tono.

Palabras claves: Etiquetadora, Automatización, PLC, Lazos de Control, STEP 7, Tablero de Control, Krones, Registro de corrimiento.

Sartenejas, Febrero de 2006

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AGRADECIMIENTOS A Dios por siempre brindarme las mejores oportunidades y la dicha de conocer y vivir rodeado de personas ejemplares… A mi madre por su apoyo incesante… A mi padre por sus siempre sabios consejos… A ambos por el fiel ejemplo de lo que todos quisiéramos llegar a ser en la vida… A mis hermanos, Hector por brindarme su apoyo constante y por ser un profesional modelo… mi ejemplo a seguir. Vanessa por estar siempre ahí en los momentos oportunos y  por ser siempre mi mejor amiga… A mis abuelas Maria por siempre estar pendiente de mi y por siempre prestarme su humilde ayuda… A todos mis tios y tias, a mis primos Jaima, Jhonny, Ronny, Lester, Deivy, William, Victor, y todos aquellos que siempre estuvieron a mi lado compartiendo el camino que me ha traído hasta aquí… A Karina por aparecer en el momento que menos lo esperaba, para brindarme confianza, valor y quererme de manera tan especial… A Kharla Merida por brindarme su apoyo desinteresado cuando lo necesite y por ser la mejor profesora que he conocido y una excelente persona… A mis amigos, Eduardo, Juan, Jose Luis, Alejandro, Luis, William, Yuber, Jesús C., y todos aquellos que a pesar de no poderlos nombrar a todos compartimos momentos que convirtieron la universidad en algo mas que un lugar de estudio. A mis tutores, y a todo el departamento de mantenimiento eléctrico de Cervecería Regional C.A. planta Cagua, por brindarme la oportunidad y por tan valiosos conocimientos…

GRACIAS.

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INDICE GENERAL A G R A D EC I M I E NT O S . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . i I N D I C E G E N E R A L . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. i i I N D I C E D E T A B L A S . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. i v I N D I C E D E F I G U R A S . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. v C A P I T U LO I . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . 1 1.1…Información General de la Empresa..................................................................1 1.2…Misión de la Empresa ........................................................................................1 1.3…Visión de la Empresa.........................................................................................2 1.4….Proceso Cervecero y Origen del Proyecto........................................................2 1.5…Estructura del Informe.......................................................................................4 C A P I T U LO I I . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . 6 2.1…INTRODUCCIÓN.............................................................................................6 2.2…TÉCNICAS DE ETIQUETADO DE ENVASES ............................................. 6 2.3…CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC).................................18 C A P I T U LO I I I . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 2 0 3.1…DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ...............................................................20 3.2…CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA PLANTEADO................................21 3.3…OBJETIVOS....................................................................................................22 3.3.1…Objetivo General.........................................................................22 3.3.2…Objetivos Específicos ................................................................. 22 3.4…JUSTIFICACIÓN............................................................................................23 C A P I T U LO I V . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 2 4 4.1…INTRODUCCIÓN...........................................................................................24 4.2…METODOLOGIA............................................................................................24 4.3…SISTEMA GENERAL .................................................................................... 25 4.4…ESQUEMAS DE CONTROL .........................................................................34 4.5…ANALISIS Y REDISEÑO DEL TABLERO DE CONTROL........................37 4.6…CPU Y HARDWARE NECESARIO..............................................................37 4.7…ESTRUCTURA DE PROGRAMA PROPUESTA.........................................38

iii C A P I T U LO V . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . 4 0 5.1…PROGRAMA DE CONTROL ........................................................................40 5.2…HARDWARE Y TABLERO DE CONTROL.................................................48 5.3…PUESTA EN FUNCIONAMIENTO ..............................................................51 C A P I T U LO V I . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 5 4 6.1…INTRODUCCIÓN...........................................................................................54 6.2…PROGRAMA DE CONTROL ........................................................................54 6.3…HARDWARE E INSTALACIÓN...................................................................55 C A P I T U LO V I . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 6 2 7.1…CONCLUSIONES...........................................................................................62 7.2…RECOMENDACIONES .................................................................................62 R E F E R E NC I A S B I B LI O G R Á F IC A S . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . 6 4 A N E X O S . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . 6 5 A - 1 : PR O C ES O C E P R OD U C CI Ó N DE C E RV E Z A . . . .. . 6 6 A - 2 : P R O C ES O D E E N V A SA D O . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . 6 7

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INDICE DE TABLAS

TABLA 2.1: CARACTERÍSTICAS POR MODELO DE LAS CPUS SIEMENS ..................18 TABLA 5.1: TABLA DE SÍMBOLOS DE ENTRADAS DIGITALES .................................. 45 TABLA 5.2: TABLA DE SÍMBOLOS DE SALIDAS DIGITALES ......................................46 TABLA 5.3: TABLA DE SÍMBOLOS DE ENTRADAS Y SALIDAS ANALÓGICAS .......47

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INDICE DE FIGURAS FIGURA 2.1: MÁQUINA ETIQUETADORA DE PEGAMENTO FRIO.................................8 FIGURA 2.2: FASES DEL ETIQUETADO...............................................................................8 FIGURA 2.3: ALIMENTACIÓN DE BOTELLAS....................................................................9 FIGURA 2.4: ENFILAMIENTO DE BOTELLAS...................................................................11 FIGURA 2.5: DIVERSAS COMBINACIONES DE MÁQUINA ETIQUETADORA SEGÚN ENTRADA - SALIDA..............................................................................12 FIGURA 2.6: PARTES DE LA MÁQUINA ETIQUETADORA ............................................ 13 FIGURA 2.7: CONJUNTO ETIQUETADOR..........................................................................15 FIGURA 2.8: DISTINTAS POSICIONES DE LA ETIQUETA EN EL CONJUNTO ETIQUETADOR.....................................................................................................16 FIGURA 2.9:

EJECUCIÓN CÍCLICA DEL PROCESAMIENTO DE LA CPU

SIEMENS................................................................................................................19 FIGURA 4.1: LÍNEA # 1 - ENVASADO................................................................................ 26 FIGURA 4.2: LÍNEA 1 – BOTELLAS NO RETORNABLES ................................................ 27 FIGURA 4.3: FIGURA 4.3: SEÑALES DE INTERCAMBIO.................................................28 FIGURA 4.4: DISTRIBUCIÓN DE SENSORES Y SEÑALES EN ALIMENTACIÓN DE BOTELLAS ...................................................................................................... 31 FIGURA 4.5: ESQUEMA DE PROCESO ............................................................................... 32 FIGURA 4.6: ALGORITMO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO.....................................33 FIGURA 4.7: ESQUEMA DE PARADA DE EMERGENCIA................................................34 FIGURA 4.8: ESQUEMA DE CONTROL DEL CARRO ETIQUETADOR..........................35 FIGURA 4.9: ESQUEMA DE CONTROL DEL BLOQUEO DE BOTELLAS......................36 FIGURA 4.10: ESQUEMA DE CONTROL DEL MOTOR PRINCIPAL.............................. 37 FIGURA 4.11: PROPUESTA DE HARDWARE A UTILIZAR ............................................. 38

vi FIGURA 4.12: PROPUESTA DE ORGANIZACIÓN DE BLOQUES DE PROGRAMACIÓN.................................................................................................39 FIGURA 5.1: REGISTRO DE CORRIMIENTO ..................................................................... 41 FIGURA 5.2: FLUJO ENVASES EN LA MÁQUINA Y SENSORES DE EXISTENCIA DE BOTELLA................................................................................41 FIGURA 5.3: SECUENCIA PARA EL ETIQUETADO..........................................................42 FIGURA 5.4: ALGORITMO DE CONTROL DE BLOQUEO DE BOTELLAS Y DEL CAMBIO DE VELOCIDAD .................................................................................. 43 FIGURA 5.5: VISTA SUPERIOR DE HARDWARE A UTILIZAR ...................................... 48 F0IGURA 5.6: ESQUEMA DE CONEXIÓN ELÉCTRICA DEL MOTOR PRINCIPAL......49 FIGURA 5.7: ESQUEMA DE CONEXIÓN DE LOS MOTORES DE LUBRICACIÓN Y CONTROL DE CABEZAL.................................................................................50 FIGURA 5.8: ESQUEMA DE CONEXIÓN DE LOS MOTORES DE CONTROL DE PUERTAS PROTECTORAS..................................................................................51 FIGURA 5.9: BORNERAS DE CONEXIÓN EN TABLERO DE CONTROL.......................52 FIGURA 6.1: TABLERO DE CONTROL, SECCIÓN DE MANEJO DE POTENCIA..........56 FIGURA 6.2: TABLERO DE CONTROL, SECCIÓN DE CONTROL .................................. 57 FIGURA 6.3: TABLERO DE CONTROL, VISTA FRONTAL DEL PLC INSTALADO .........................................................................................................57 FIGURA 6.4: SENSOR DETECTOR DE HUECOS Y PULSADOR DE CONFIRMACIÓN DE ALARMA..........................................................................58 FIGURA 6.5: CARRO ETIQUETADOR ................................................................................. 59 FIGURA 6.6: VISTA LATERAL DE LA MÁQUINA ............................................................ 59 FIGURA 6.7: VISTA FRONTAL DEL PANEL DE OPERADOR ......................................... 60 FIGURA 6.8: SALIDA DE LA MÁQUINA, PLAZOLETA DE SALIDA ............................. 61 FIGURA 6.9: VISTA LATERAL DE LA MÁQUINA, TORNILLO SINFÍN ........................ 61

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Información General de la Empresa Cervecería Regional C. A., es la empresa cervecera mas antigua del país con mas de 75 años de fundada en Venezuela, sus comienzos fueron en 1929 en Maracaibo donde se estableció la primera planta cervecera, en primera instancia con intereses de satisfacer el mercado occidental, poco a poco la empresa fue en crecimiento debido a la demanda y a la calidad de sus productos, demostrándose esto en 1937, cuando fue galardonada con la Medalla de Oro en la Exposición Internacional de Paris, en donde participaron varias empresas nacionales e internacionales, siendo la única empresa venezolana que ha obtenido esta distinción. En 1992 la empresa fue adquirida por un importante grupo económico venezolano,  permitiendo un crecimiento acelerado del alcance de su antiguo mercado, con lo cual logró expandirse hacia el centro y oriente del país. Incursionó en nuevos mercados como el Distrito Capital, Aragua, Carabobo, Lara, Miranda, Guárico, Cojedes, Barinas, Barcelona, Puerto La Cruz, Margarita y Puerto Ordaz, este crecimiento requirió una mayor producción lo que se concretó en 1997 con la apertura de la planta de Cagua, situada en el estado Aragua, siendo una de las empresas cerveceras más modernas de Latinoamérica.

1.2 Misión de la Empresa Cervecería Regional es una empresa productora y comercializadora de cerveza y malta que proporciona satisfacción a los consumidores la cual ofrece productos de alta calidad con una apropiada relación precio - valor, contribuyendo al entretenimiento, diversión y esparcimiento del consumidor. Cervecería Regional promueve y desarrolla el sentido de pertenencia, el pensamiento integrador, el trabajo en equipo y el conocimiento profundo del negocio, en sus recursos

2 humanos. Considera además, las cadenas de suministros, distribuidores, suplidores y clientes como socios estratégicos. Asimismo, la empresa busca estimular la capacidad innovadora de su gente y el mejoramiento continuo de los procesos para lograr el crecimiento sostenido del negocio, optimizando su rentabilidad.

1.3 Visión de la Empresa Cervecería Regional tiene como visión ser la empresa líder en la producción y comercialización de cerveza y malta en el mercado nacional, con significativa presencia internacional. Su espíritu innovador, los valores que promueve en la empresa y la excelente calidad de los productos elaborados, permitirán posicionarlos como la mejor opción en su categoría  para proporcionar entretenimiento, diversión y esparcimiento al consumidor. Son garantía de esta visión, la permanencia de un personal estimulado hacia el cambio en busca de la excelencia, la utilización de tecnología actualizada y el mejoramiento continuo de los procesos.

1.4 Proceso Cervecero y Origen del Proyecto Cervecería Regional, Planta Cagua, fue conformada por una inversión de mas de 150 millones de dólares, ubicada en un terreno de 16 hectáreas, esta planta ha venido en crecimiento progresivo desde su inauguración, esta se conforma por dos procesos fundamentales, Elaboración y Envasado, el primero se encarga de la preparación del producto y dejarlo listo para entregarlo a Envasado, para su embotellado o enlatado según sea el caso. El proceso de Elaboración, cuenta con cuatro etapas esénciales en la producción cervecera, en primera instancia la Molienda, aquí se selecciona muy cuidadosamente la cebada malteada, para posteriormente triturarla, debido a esto se conoce como Molienda, para culminar la fase con el grano harinoso separado de la cascarilla. Luego se pasa al Cocimiento, una de las etapas más importantes, aquí se unen la cebada malteada, el agua y el jarabe de maíz en las proporciones de acuerdo a la receta, en este punto el proceso de cocimiento se

3 completa mediante la maceración, filtrado y cocción. Se llama maceración a consecutivos  períodos de calentamiento y reposo, para que las enzimas de la cebada malteada transformen los almidones en azúcares fermentables, generando lo que se llama mosto base de la cerveza. En la filtración se separa el contenido sólido del líquido, el residuo sólido es llamado afrecho y es comercializado a terceros que utilizan el mismo para alimento animal, por último en esta etapa se lleva el mosto a cocción junto con el lúpulo y el jarabe de maíz, en proporción a la receta utilizada, luego se enfría de acuerdo a un proceso controlado y se lleva a una temperatura óptima para comenzar el proceso de la siembra de levadura e iniciar el ciclo de fermentación. En la Fermentación el mosto es depositado en tanques cónicos en donde se le agrega levadura y se produce la fermentación, la cual convierte los azucares fermentables del mosto en alcohol y dióxido de carbono, por último se procede a la Maduración, la cual comienza con el líquido inicial de la última etapa, llamada “Cerveza Joven” o “Cerveza Verde”, se lleva a temperaturas bajas en donde poco a poco se le va dando las características fundamentales del producto hasta obtener el aroma y sabor deseado para dicho producto. Una vez elaborado se procede al Envasado y Empacado del producto terminado. Cervecería Regional ofrece para el mercado venezolano la botella retornable y la no retornable o desechable, la presentación de botella retornable se produce en envases de 0.222 Litros y de 0.333 Litros de capacidad, estas botellas están impresas en el vidrio de tal manera que identifican de manera permanente el envase. Estos envases alimentan la línea de producción, en donde son desembalados y llevados para su lavado, luego son llenados y tapados, inspeccionados y pasteurizados para luego ser embalados según la exigencia del mercado. Las  botellas de 0.222 Litros son colocadas en gaveras de 36 unidades y las de 333 Litros en gaveras de 24 unidades. A diferencia de las retornables, los envases de vidrio no retornables son envases inicialmente limpios y sin rotulado permanentes, listos para el llenado por provenir directamente de la fábrica, entonces estos son desembalados y llevados directamente a la fase de llenado, tapado, inspeccionado y pasteurizado, finalmente llegan a la etapa de etiquetado en donde a las botellas se les coloca una etiqueta de papel identificando el producto elaborado según la presentación deseada, posteriormente son llevados a su embalaje en donde son agrupados en grupos de 6 unidades, para formar empaques de 4 paquetes de 6 unidades cada uno. Al igual que los envases de vidrio, se utilizan latas y se realiza el mismo proceso que se

4 hace para los envases de vidrio no retornables, excepto que estas latas vienen de fábrica con su  presentación lista en el envase por lo que no requiere de ningún tipo de etiquetado. Planta Cagua, es una de las empresas cerveceras de mayor tecnología en Latinoamérica, por esto, casi en su totalidad los procesos son hechos de manera automática. El proceso de etiquetado en distintas líneas de producción de la planta Cagua, de Cervecería Regional también lo es así, excepto en una de sus máquinas etiquetadoras la cual para el momento del inicio del proyecto, se encontró operando con sus funciones más básicas, es decir, en la etiquetadora solo funcionaba la lógica de control de encendido/apagado y el control de velocidad manual. Esta máquina originalmente operaba en su totalidad de manera automática, sin embargo, debido a fallas a lo largo del tiempo y unido a no poseer el equipo de  programación del PLC original, por ser un equipo muy antiguo, éste fue perdiendo funcionalidades hasta terminar trabajando bajo lógica de reles y contactores. Debido a esto se genera la necesidad, por parte del Departamento de Mantenimiento Eléctrico, de automatizar nuevamente el proceso y restituir las funciones originales del equipo, por lo que se planteó como proyecto la Automatización completa de la Etiquetadora marca Krones (A38.1) bajo la arquitectura del PLC Siemens de la serie S7-300.

1.5 Estructura del Informe En el presente informe se irán explicando en cada capitulo secuencialmente el desarrollo del proyecto, de manera que el lector pueda contar con la información necesaria, de manera ordenada, para que resulte amena la lectura y con la información precisa para su entendimiento. En el Capitulo II se encuentra lo referente a las diversas técnicas de etiquetado existentes en el mercado, y conceptos fundamentales que serán manejados a lo largo del informe. Se explicará el funcionamiento habitual de las etiquetadoras y de su interconexión con la línea de producción, se pretende que el lector se familiarice con los términos y que entienda el funcionamiento habitual de la máquina ya que esto facilitará su comprensión en los capítulos subsecuentes. En el Capitulo III se introducirá a lo que es el problema en cuestión y se presentará la situación inicial de la máquina etiquetadora, lo que brindará un espacio mejor definido de la problemática encontrada, y por último se plantearán las razones por las cuales se genera el presente proyecto. En el Capitulo IV se muestra un esquema de la solución

5  propuesta, la metodología utilizada para llevar a cabo la automatización, y se explica en detalle cada uno de los lazos de control del sistema, así como también la interconexión con el transporte de entrada y con el transporte de salida de la etiquetadora. En el Capitulo V se expone, la metodología de trabajo y cada uno de los pasos para la realización del proyecto. En el Capitulo VI se muestran los resultados luego de implementada la propuesta y se dan a conocer los cambios obtenidos respecto al sistema original, buscando establecer un patrón de comparación que revele un mejor panorama del resultado final del proyecto. Por último se encuentran las conclusiones y recomendaciones en el capitulo VII, el cual contiene información detallada de los objetivos logrados, las posibles mejoras y todas aquellas inquietudes que puedan ser planteadas que contribuirán al progreso y mejoramiento continuo de la solución implementada.

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 1.2 INTRODUCCIÓN Aquí se pretende introducir al lector en las diversas técnicas de etiquetado, así como también con el principio de funcionamiento de la máquina y sus características más relevantes,  para así llevarlo al contexto en el que se desarrolla el proyecto, de manera que resulten amenos y comprensibles cada uno de los temas tratados en el presente informe. También se explicarán algunos conceptos fundamentales en la arquitectura de las CPUs S7-300 de SIEMENS, ya que forma parte fundamental e indiscutible en este proyecto debido a las bases del mismo. Igualmente se dará una breve explicación de cómo se programan estas CPUs, la lógica que utiliza, los lenguajes de programación soportados y algunos de los módulos disponibles para esta arquitectura. Adicionalmente se dará una reseña de los distintos sensores más comunes utilizados para dar a entender la aplicación y uso dado, en cada uno de los puntos del sistema.

2.2 TÉCNICAS DE ETIQUETADO DE ENVASES Es necesario conocer el proceso de envasado del producto cervecero; en primera instancia es preciso conocer que existen los envases retornables y los no retornables, esto implica cierta diferencia en las líneas de producción para cada caso. Los retornables son recibidos en paletas de gaveras contenedoras de envases sucios, estos son despaletizados y  posteriormente las botellas son colocadas en el transporte, las gaveras vacías igualmente son colocadas en un transporte alterno; las botellas se trasladan a una lavadora en donde son tratadas con agua, vapor de agua y algunos químicos para eliminar cualquier impureza que se encuentre adherida en las paredes del recipiente; luego son inspeccionadas para rechazar aquellas que a pesar del lavado no estén aptas. El flujo de botellas limpias son trasladadas hasta la llenadora, la cual vierte el producto en el envase dándole el nivel y espumosidad deseado, el envase es tapado y llevado a través del transporte hasta el sistema de embalado, en el cual se reciben las gaveras iniciales luego de haber pasado por una lavadora de cavas y son

7 llenadas con el producto terminado, para luego ser paletizadas. Todo este proceso es totalmente automático, pudiendo alcanzar en algunos casos una velocidad de producción de 120.000 botellas por hora. En el caso de los envases no retornables, el proceso es muy similar, con excepción de que en esta línea de producción puede no existir la lavadora de botellas, debido a que los recipientes provienen directamente de la fábrica por lo que se reciben limpios y listos para su llenado, otra diferencia radica en que estos recipientes no contienen ningún distintivo de la marca, por lo que se requiere que sean etiquetados para su distinción y promoción de la marca. Existen varias técnicas de etiquetado para satisfacer la demanda de las diversas  presentaciones y exigencias del mercado, aquí se mencionarán algunas de ellas, y se explicará  básicamente en qué consisten, haciendo énfasis en la técnica de etiquetado utilizada en el  presente proyecto. Según “Packaging Technology Corse: Labelers and Labeling”

[1],

encontramos las siguientes técnicas de etiquetado: Presure Sensitive Labeling APS2 Presure Sensitive Labeling APS3 Reel Fed Labeling Hot Melt Glue Labeling Sleeve Labeling Cold Glue Labeling

La técnica de etiquetado con pegamento frío, es comúnmente la más utilizada, por ser una de las técnicas más versátiles, debido a su bajo consumo de pegamento, fácil manejo y mantenimiento, lo que resulta un factor de alta relevancia en la producción de alimentos y  productos consumibles. A continuación se explicará solo esta técnica debido a que es la utilizada en el proceso a automatizar.

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Figura 2.1: Máquina etiquetadora de pegamento frió

Esencialmente esta técnica de etiquetado, se puede subdividirla en tres fases: 1. Alimentación de Botellas 2. Proceso de etiquetado 3. Transporte de Salida En la siguiente figura se ilustran cada una de estas fases, Alimentación

Etiquetado

Salida

Figura 2.2: Fases del etiquetado

La alimentación de botellas, se realiza a través de un sistema llamado Flowtron-BSP, el cual regula a través de una mesa de baja presión el modulado de las velocidades de los motores del transporte de entrada, para mantener un flujo constante y con las menores  perturbaciones posibles; lo que brindará a la etiquetadora alimentación fluida y sin espacios de

9  botella, que permita a esta trabajar continuamente. Seguidamente se presenta un esquema, que muestra la distribución de los sensores y partes claves de este sistema.

Figura 2.3: Alimentación de Botellas

El sistema cuenta con un grupo de cuatro foto luces principales, las cuales se encargan de observar los espacios vacíos de envases en el transporte y variar la velocidad de los cuatro motores para controlar el flujo continuo sin ejercer demasiada presión entre las botellas, además se cuenta con dos sensores inductivos para evitar la aglomeración de recipientes que  puedan producir el bloqueo por exceso de botellas en la mesa de baja presión. El FlowtronBSP se alimenta con la referencia de velocidad de la máquina etiquetadora además de los impulsos del acople del motor con las cadenas de arrastre de los envases.

Funcionamiento en modo Manual:

en este modo, los motores tienen velocidades

 programables independientes pero fijas, el sistema opera a velocidad constante. Por otra parte si se activa el sensor S4 el proceso se detiene por obstrucción, esto se da cuando un número grande de botellas intentan ingresar y son presionadas contra las guías y pueden llegar a

10 trancar el paso de botellas, el sistema se restablece mediante el botón de reset en el panel de control.

Funcionamiento en Automático: se encuentran varias fases,

1. Máquina Piloto Apagada El sistema se detiene a los 3 segundos después de ser reconocida la parada, si alguno de los sensores del transporte se encuentra desactivado se ordena al motor M0 a marchar a una velocidad fija (la misma velocidad que en manual) cuando todos los sensores del transporte están ocupados 2. Máquina Piloto en Marcha Con bloqueo de botellas activado, con la señal proveniente de la máquina etiquetadora o máquina piloto de bloqueo de botella activado, se detienen los motores M0, M1, M2 y M3 por unos segundos, y se comienza lo que se denomina como fase de llenado automática, luego de concluida esta se envía una señal de consentimiento para desbloqueo de botella hacia la etiquetadora y se detienen los motores a espera de la desactivación del bloqueo.

Con bloqueo de botellas no activado, el sistema cuenta con velocidades programables  para cada motor, las cuales son proporcionales a la referencia de velocidad de la máquina etiquetadora, y son programables de la siguiente manera: cada motor tiene una velocidad fija Vfix, un factor Ks que representa un porcentaje de la velocidad de referencia resultando una velocidad de sincronismo llamada Vsync; V+ igualmente un porcentaje de incremento respecto al valor de la velocidad de sincronismo; V++ del mismo modo representa un incremento porcentual intuitivamente mayor al anterior y por ultimo V- y V-- representan decrementos porcentuales del valor de Vsync,

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B2

B3

B4

B5

S3

S4

Figura 2.4: Enfilamiento de Botellas

El control de velocidad se hace mediante las fotoluces B2, B3, B4 y B5, las cuales detectan los espacios libres en la fila de botellas. Como el objetivo es mantener en todo instante el transporte sin grandes espacios vacíos, las velocidades son asignadas a cada sensor, es decir, cuando B2 detecta huecos y la máquina piloto está en marcha y sin bloqueo los motores marchan a V++, a V+ cuando ocurre con B3, V- con B4 y V—con B5, y por último Vsync cuando ningún sensor detecta huecos. Adicionalmente S3 al activarse disminuye la velocidad del motor M2 para evitar la obstrucción. Si no es suficiente, el sensor S4 será activado y se generará la señal de obstrucción, lo cual provoca el bloqueo de botellas y la detención de todos los motores, aquí es necesario retirar los envases que activan S4 y resetear el sistema.

3. Llenado automático: Se da cuando en bloqueo de botellas activado existen huecos en alguna de las foto luces B6, B5, B4, B3 y B2 en este estado los motores marchan a velocidad fija hasta que todos los huecos son rellenados, los motores se detienen a excepción de M3 que permanece encendido por un tiempo adicional programable.

4. Llenado Manual: Este es un control por panel que permite activar los motores en su velocidad fija para, de ser necesario, llenar el transporte de alimentación de la etiquetadora.

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La máquina etiquetadora consta esencialmente de un juego de estrellas de alimentación, la mesa porta botella, y un juego de estrellas de salida; según el diseño y los requerimientos se encuentran las siguientes configuraciones, en las cuales varía la orientación de los transportes de entrada y salida a la máquina.

Figura 2.5: Diversas combinaciones de máquina etiquetadora según Entrada - Salida

En la Figura 2.6 se observan las partes principales que en conjunto permiten el  proceso de etiquetado. El tornillo sinfín permite espaciar correctamente las botellas, para que entren en total sincronía con la estrella, esta se encarga, apoyada con la guía central, de trasladar los envases hasta la mesa porta botellas, aquí son aceptados por el plato porta botellas y por el cabezal para sujetarla y permitir su rotación a través del traslado de la mesa; en su recorrido se encuentra con el carro etiquetador, que es un conjunto formado por dos platos giratorios los cuales permiten tomar la etiqueta, untarle pegamento y trasladarla hasta el punto de etiquetacion. En una misma máquina pueden existir dos conjuntos etiquetadores. Existen cepillos que ayudan a adherir completamente la etiqueta al envase; por último la botella es trasladada, a través de la estrella de salida, hasta el transporte de salida.

13 Bloqueador de envases Consta de una estrella acoplada a un eje central, esta por su parte inferior posee topes fijos, y tiene un pistón acoplado el cual, al ser accionado por el aire comprimido a través de una electro válvula, el pistón deja libre la estrella para permitir el paso de la botellas, de esta forma se controla el paso de los envases a la máquina.

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1. Etiquetas 2. Rasqueta de adhesivo y Rodillo encolador 3. Carro Etiquetador 4. Cepillos 5. Tulipas

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6. Mesa Portabotellas 7. Bloqueo de Botella 8. Tornillo sinfín 9. Estrella de Entrada 10. Guía Central 11. Estrella de Salida

Figura 2.6: Partes de la máquina etiquetadora

14 Tornillo Sinfín Este se encarga de separar progresivamente las botellas hasta sincronizarlas con el conjunto de estrellas. Este tornillo se encuentra acoplado al motor principal a través de un  juego de engranajes.

Estrella de entrada La estrella de entrada recibe los envases del tornillo sinfín, para transportarlos hasta la mesa porta botellas en total sincronía con las tulipas o cabezales.

Guía Central Esta no es más que un tope fijo que ayuda tanto a la estrella de entrada como a la estrella de salida a mantener a los envases engranados a ellas para transportarlo correctamente.

Bomba de Adhesivo Esta bomba se encarga de extraer el adhesivo contenido en un recipiente y enviarlo hasta el rodillo encolador, el pegamento excedente cae por acción de la gravedad y se hace pasar por una rejilla para filtrar cualquier sólido, luego este pegamento llega al recipiente nuevamente  para su bombeo.

Rodillo Encolador Este en conjunto con la rasqueta de adhesivo o espátula de adhesivo, forman una fina ranura, ajustable a través de un tornillo de rosca fina, el pegamento se mantiene constante por esta ranura y por ende se mantiene una película fina constante en el rodillo, el excedente se desliza a través de la rasqueta para ser recirculado.

15 Conjunto Etiquetador Magazín de Etiquetas

Rodillo Encolador  Paleta

Tulipas Centradoras

Cilindro de Transferencia

Cepillos Dispositivo Carrusel de de Fechado Paletas (Opcional)

Circulación de aceite de lubricación

Figura 2.7: Conjunto Etiquetador

Mesa Porta  botellas Plato Porta  botellas

16

Etiquetas

Cilindro de Transferencia Paletas

Rodillo Encolado

Figura 2.8: Distintas posiciones de la etiqueta en el conjunto etiquetador

Paletas Son las encargadas de recolectar el adhesivo del rodillo, para posteriormente encolar la etiqueta y pasarla al cilindro de transferencia, para que este adhiera la etiqueta al envase. Estrella de Salida Al igual que la de entrada, se apoya de la guía central para trasladar el envase ya etiquetado hasta el transporte de salida. Estas máquinas cuentan con un sistema de extracción de etiquetas totalmente automático, el cual consiste en etiquetar solo si existe botella para ello, lo que permite el ahorro de etiquetas y reducir el desperdicio de estas aún trabajando a alta velocidad. Para el control de la máquina se tiene un panel principal, cuyas funciones primordiales son:

Start / Stop: este control permite el arranque y parada de la máquina, siempre que existan las condiciones necesarias y seguras para el proceso.

17 Parada de emergencia: Con esta acción se detiene la etiquetadora y se aplica el freno inmediatamente. Como su nombre lo indica se utiliza en casos de emergencia o, de tener la necesidad, parar la máquina en el menor tiempo posible.

Selección del control del bloqueo de botellas: este selector nos da la posibilidad de elegir entre el control automático del bloqueo de botellas o el control manual.

Tacómetro: es una pantalla donde se muestra la velocidad de la máquina en botellas  por hora.

Control de velocidad: se utiliza para aumentar y disminuir la velocidad a la que trabaja la máquina etiquetadora.

Sinóptico de Alarmas: En este sinóptico se muestran, la mayoría de las alarmas  posibles en el proceso y que se hacen imprescindibles para operar y mantener la seguridad en la máquina.

Por último se tiene el transporte de salida, el cual trabaja bajo una lógica de control sencilla que permite, mediante la referencia de velocidad de la máquina, trabajar en sincronismo con la misma, para permitir el correcto traslado de las botellas hasta el transporte de la línea de producción. En el camino de salida están situados dos sensores inductivos que  permiten visualizar el comportamiento del transporte y verificar cuan lleno se encuentra, lo que ayuda a ejercer un control mas óptimo de la etiquetadora. El sensor mas lejano de máquina disminuye la velocidad de producción para permitir que el producto sea transportado sin llenar el canal de salida, si aún no es suficiente esto, se activa el segundo sensor (el más cercano a la máquina) lo que genera el bloqueo de botellas para evitar el choque de las envases en la salida.

18

2.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) Las bases del proyecto exigen que la automatización sea hecha utilizando un PLC Siemens de la serie S7-300, por lo que se dará una breve descripción de estas CPUs y sus módulos. Existen diversos modelos de CPUs en el mercado de esta serie, en el siguiente cuadro [1], se muestran las algunas diferencias encontradas en el control y sus elementos: Elementos

312IFM

313

314

314IFM -5AE0X-

LEDs para interface DP Bateria de Respaldo Conexión para Fuente de  poder Ranura para tarjeta de memoria

315

315-2 DP

316-2 DP

-5AE10-

 NO  NO

318-2

SI

NO

SI SI

 NO SI

NO

SI

SI

 NO

Inteface para PROFIBUSDP

 NO

SI

SI

SI

Tabla 2.1: Características por modelo de las CPUs Siemens Por otra parte, cada modelo presenta características de diseño distintas, entre las que se  pueden mencionar: capacidad de memoria, tiempos de procesamiento, la cantidad de contadores y temporizadores que poseen, sus funciones de comunicación, diversas funciones integradas, además según el modelo pueden tener entradas y salidas incorporadas. La CPU, Opera por ciclos. A continuación se presenta un esquema que muestra los elementos que componen el tiempo de ciclo. El ciclo comienza con una imagen de proceso de las entradas; el sistema operativo administra los recursos y la ejecución del programa de usuario, en cualquier momento el sistema operativo puede tomar el control, además durante la ejecución pueden ser llamados bloques externos al bloque principal de usuario, así como también pueden producirse interrupciones, cada una asociadas a un evento en particular. Cuando una interrupción ocurre, se atiende tan rápido como sea posible sin amenazar la estabilidad del sistema.

19

Sistema Operativo

IPE

Programa de

Sistema

Usuario

Operativo Programa de

Interrupciones

Usuario IPA

Figura 2.9: Ejecución cíclica del procesamiento de la CPU Siemens

CAPÍTULO III PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Hoy en día los procesos industriales y aun mas en los destinados a alimentos y

consumibles, son casi en su totalidad procesos altamente automatizados debido a que reducen los costos, la calidad es mejorada y se aumenta la producción, estos factores han llevado a la industria a invertir cada vez más en tecnología; Cervecería Regional Planta Cagua, es un ejemplo claro de esto, siendo la planta cervecera líder en tecnología en América Latina, por ello, es de gran interés para la empresa mantener el nivel tecnológico que la ha caracterizado y que mantenga el nivel de calidad que presentan sus productos, incluso mejorarlo.

Planta Cagua, presenta un nivel de automatización muy alto en sus líneas de  producción desde la apertura de la planta, es por esto que es de gran interés para el departamento de mantenimiento eléctrico preservar y conservar el funcionamiento de cada una de sus máquinas, e incluso con mayor importancia aún, la de actualizar su tecnología de manera progresiva de tal forma que se asegure el funcionamiento de la planta y evitar la obsolescencia de los equipos. Cervecería Regional, cuenta con seis líneas las cuales se encargan de envasar y empacar la producción total de la planta, llegando a producir con una velocidad tope en alguna de sus líneas de 120.000 BPH (botellas por hora, BPH). Las líneas 1 y 2 son las mas antiguas con que cuenta la planta, recordemos que a pesar de que Planta Cagua es joven, con tan solo 9 años en operación, no toda su maquinaria fue adquirida nueva, algunas fueron compradas usadas como es el caso de una de las etiquetadoras de botellas KRONES de línea 1.

Esta etiquetadora KRONES, identificada en la empresa con el código A38.1, está conectada a la salida del pasteurizador a través del transporte de botellas, en conjunto con una segunda etiquetadora KRONES (A38.2) con una capacidad de producir 25.000 BPH, mientras

21 que la A38.1 produce 40.000 BPH, lo que permite compartir la producción total de la línea. La máquina A38.1, para el inicio del proyecto se encontró operativa en funcionalidad mínima respecto a la capacidades originales de la misma, la pérdida de operatividad de cada una de sus características se debió principalmente a que el sistema de control estaba centralizado en un PLC Telemecanic, para el cual el departamento de mantenimiento eléctrico no contaba con las herramientas necesarias para editar, programar, e incluso supervisar el programa de control del PLC, por lo que poco a poco se fueron degradando las funciones originales hasta llegar a las condiciones de operación mínimas. En este punto a la máquina se le inhabilitó el control del PLC y se ajustó el cableado para su operación mediante la utilización de reles y contactores, lo que permitió mantener la máquina en producción. Al sacrificar las funcionalidades para mantener en producción la máquina, se requirió supervisión constante por parte del operador, debido a que las seguridades y protecciones quedaron desactivadas, quedando así expuesta la máquina a cualquier eventualidad que  pudiese poner en riesgo la operatividad y la calidad del producto. Por otra parte, la eficiencia de una línea de producción está en el nivel de sincronización y automatización que esta tenga, aunado esto al riesgo de una parada operativa de la etiquetadora debido a las características de funcionamiento. Producto de todo esto es que se genera la necesidad de automatizar y reestablecer cada una de las funciones originales de la etiquetadora, buscando esta vez un sistema versátil y del cual se cuente con el equipo necesario para su programación. Es por ello que se establece como parte fundamental del proyecto la utilización de la familia Siemens S7-300 como exigencia de diseño.

3.2 CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA PLANTEADO Debido a la problemática antes mencionada, fue necesario por la parte interesada emplear medidas drásticas para mantener en operación la máquina, por lo que el sistema de etiquetado perdió funciones, las cuales se mencionarán a continuación: Sistema Automático de extracción de Etiquetado Sistema de extracción de etiquetas en las instalaciones bloc Regulación automática del rendimiento

22 Regulación automática de bloqueo de botellas Mesa de Acumulación Detector de Huecos Puertas para Seguridad de la máquina Ajuste de Cabezal Semáforo Indicador Sinóptico de Alarmas de la máquina

3.3.

OBJETIVOS

3.3.1 Objetivo General Diseñar e implementar la automatización de la Etiquetadota de botellas de la Línea de Producción #1, de Cervecería Regional, Planta Cagua, basando su control en la arquitectura de un PLC Siemens de la serie S7-300

3.3.2 Objetivos Específicos Diseño del hardware requerido, para la automatización del sistema. Elaboración de un programa de control para la CPU central, que controle y supervise las variables de proceso necesarias para garantizar el correcto funcionamiento de la máquina. Rediseñar y construir tablero de control requerido para la implementación del sistema. Implementar la automatización de la etiquetadota garantizando el menor tiempo posible de  parada de producción de la máquina.

23

3.4.

JUSTIFICACIÓN

Al trabajar directamente con un producto consumible y altamente comercial, es de gran relevancia la presentación del mismo al consumidor. Es por esto, que el proceso de etiquetado no deja de ser parte fundamental del proceso de envasado cervecero. El proceso de envasado de Cervecería Regional, Planta Cagua, es de gran poder tecnológico, siendo este uno de los factores clave en el rendimiento de la producción de sus líneas; como su nombre lo indica, el  proceso de envasado es lineal, es decir, la distinta maquinaria necesaria para llevar a cabo toda la actividad esta interconectada secuencialmente, lo que produce un aumento en la criticidad de cada eslabón de la cadena; el etiquetado formando parte de este, constituye al igual que las otras etapas del envasado un factor primordial. Debido a esto se hace necesario implementar un sistema capaz de mejorar las condiciones de funcionamiento de la máquina, buscando características de funcionamiento tales como, incrementar el nivel de seguridad para el operario, posibilidad de mantenimiento del sistema y rendimiento automático de la máquina.

CAPÍTULO IV ANALISIS Y PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN 4.1.

INTRODUCCIÓN Este capitulo se concentra en el análisis del sistema en general, lo que orientará en la

solución del sistema propuesto y la metodología utilizada para cumplir los objetivos. Se identifican los lazos de control de manera de mostrar claramente lo que se busca. Igualmente se plantea la propuesta de rediseño del tablero de control, así como también se analizan los requerimientos del sistema para así elaborar un esquema del hardware necesario para el control. Por último se mostrará la estructura de programación planteada, que será el corazón del sistema general.

4.2.

METODOLOGIA

Al igual que en todo proyecto, la metodología formó parte fundamental en la realización de éste, por lo que se describirá el esquema de trabajo que se siguió para culminar el mismo. Inicialmente se revisó la documentación existente de la máquina etiquetadora, planos eléctricos, manuales de operación, funcionamiento y mantenimiento de la misma, así como también del sistema de alimentación de botellas a la entrada, lo que permitió conocer con claridad cada una de las partes de la máquina sus funciones particulares y su operación como conjunto. Se revisó documentación de otras etiquetadoras, que permitieron establecer relaciones de funcionamiento similar, se observó en producción estos equipos para apreciar de manera directa cada uno de los procesos teóricos estudiados anteriormente y así afianzar el conocimiento de la máquina. Posteriormente, se hizo un análisis eléctrico con más detalle, haciendo uso de los  planos eléctricos originales de la máquina, para establecer las entradas y salidas necesarias  para el sistema. Luego del estudio de E/S, se empezó el estudio de la CPU a utilizar y los

25 módulos de hardware necesarios, posteriormente junto a la documentación requerida se empezó la programación de la lógica de control, basada en todo el levantamiento de información hecho con anterioridad. Simultáneamente fueron adquiridos los módulos de entradas y salidas así como también la CPU, se realizó un montaje de prueba de los módulos y se hicieron varias simulaciones con el fin de verificar cada una de las lógicas programadas. Ya teniendo el hardware y software, se procedió al desmontaje del PLC original de la máquina etiquetadora, e identificación del cableado existente para posterior reutilización con el nuevo montaje. Se inspeccionó detalladamente la etiquetadora, verificando cada una de las señales eléctricas desde campo hasta tablero de control y viceversa, así como también se hizo revisión del funcionamiento de las electroválvulas existentes. Una vez chequeadas cada una de las señales, se hizo el cableado de las salidas del sistema, y se fueron habilitando gradualmente cada una de las funciones, con la debida supervisión de su correcta operación.

4.3.

SISTEMA GENERAL

El proceso de etiquetado, no es posible estudiarlo como un sistema aislado, debido a que forma parte de un conjunto sincrono, de tal forma que está interconectado directamente con otros subsistemas lo que permite mantener el trabajo en conjunto de manera coordinada. El proceso de envasado, como ya se ha mencionado antes, puede subdividirse en,  botellas retornables, no retornables y latas. La Línea #1 de esta planta se subdivide en dos  partes, como se muestra en la figura 4.1, a lo que se llamará Línea #1.1 encargada de envases de botellas no retornables, y Línea #1.2, la cual realiza el envasado de latas. Se enfocará la atención en la primera de estas, en la figura 4.2 se muestra claramente cómo se lleva el  proceso de envasado, desde la Despaletizadora hasta la Paletizadora, a través de todo este recorrido la botella se recibe limpia, en paletas, luego esta es entregada al transporte para ser llevada directamente hasta la llenadora, donde se vierte el producto y es tapado el envase. Luego se transporta hasta el pasteurizador donde después de un tiempo y ciertos ciclos de calentamiento es pasteurizado el producto; aquí la botella es etiquetada y luego empacada y finalmente organizada en paletas para su distribución.

26

Línea 1 - Lata Línea 1 - NR Botellas  NR: No Retornable

Figura 4.1: Línea # 1 - Envasado

27

Depaletizador Llenadora-Taponadora Pasteurizador Etiquetadoras Encajonadora Paletizadora Transporte

Figura 4.2: Línea 1 – Botellas No Retornables

28

Se analizará en primera instancia la alimentación de botellas a la máquina etiquetadora. Es necesario para mantener un proceso continuo y eficiente que la máquina reciba las botellas a etiquetar sin interrupciones, si la línea se encuentra bajo su producción normal; de esto se encarga el FLOWTRON -BSP, es por esto que debe existir constante comunicación entre la etiquetadora y este sistema, por lo que a continuación se mostrará el sistema de interconexión:

Bloqueo de Botellas Máquina en Marcha Solicitud de Bloqueo de Botellas Impulsos por Botella Solicitud de Desbloqueo de Botellas Botella Lejana FLOWTRON Botella Cercana MÁQUINA ETIQUETADORA Figura 4.3: Señales de Intercambio

Señales Etiquetadora Etiquetadora - Flowtron BSP BSP  Bloqueo de Botellas:

Contacto de relé normalmente Abierto, alimentado por flowtron

BSP y accionado por máquina máquina etiquetadora, bobina energizada con bloqueo de  botellas accionado.  Máquina en Marcha:

Contacto de relé normalmente Abierto, alimentado por flowtron

BSP y accionado por máquina etiquetadora, bobina energizada con máquina etiquetadora trabajando.

29  Impulsos Por Botella:

Contacto optoaislado normalmente abierto, alimentado por

flowtron BSP y accionado por la máquina etiquetadora, en donde cada impulso corresponde a la entrada de una botella a la máquina.  Botella Lejana:

Contacto de relé normalmente Abierto, alimentado por Flowtron BSP

y accionado por máquina etiquetadora, bobina energizada con presencia de botellas en transporte de entrada lejano (B1584 Según Figura 4.4)  Botella Cercana :

Contacto de relé normalmente abierto, alimentado por Flowtron BSP

y accionado por máquina etiquetadora, bobina energizada con presencia de botellas en transporte de entrada cercano (B1583, Según Figura 4.4)

Señales Flowtron BSP - Etiquetadora Solicitud de Bloqueo de Botellas:

Contacto de relé normalmente abierto, alimentado

 por etiquetadora y accionado por Flowtron BSP, bobina energizada ene rgizada por petición desde el flowtron de bloqueo de botellas en la máquina etiquetadora, esta señal se puede dar  por cualquier anomalía en el sistema, la más común es por obstrucción debido a la activación de la señal del sensor S3 (Figura 4.4) Solicitud de Desbloqueo de Botellas:

Contacto de relé normalmente abierto,

alimentado por etiquetadora y accionado por Flowtron BSP, bobina energizada por  petición desde de sde el flowtron BSP de desbloqueo de botellas b otellas en la máquina etiquetadora; esta señal se da por parte del flowtron BSP para indicar que existen las condiciones necesarias por parte de ésta para producir. Con estas señales se mantiene la interconexión con la alimentación de botellas, de la misma forma también existe interconexión con la salida de botellas, la cual es administrada  por el sistema de control del transporte, la zona administrada se muestra claramente en la Figura 4.4. Las señales recibidas por parte de la la etiquetadora son las siguientes:  Marcha Máquina: Máquina : Contacto

de relé normalmente abierto, alimentado por transporte y

accionado por máquina etiquetadora, bobina energizada con máquina trabajadora trabajando.  Referencia de Velocidad:

la etiquetadora.

Señal analógica (0-10VDC), proporcional a la velocidad de

30

El transporte de salida funciona bajo una lógica muy sencilla, con tan solo un ingreso lógico, el sistema pone en marcha el transportador de salida a la misma velocidad de la máquina etiquetadora al recibir la señal de Máquina en Marcha y si no es recibida, la velocidad del transportador se reduce a una velocidad fija.

El PLC de control de proceso representa el corazón del sistema de automatización, aquí se administrarán cada unas de las señales de la etiquetadora para generar las salidas que  permitirán ejercer el control contro l apropiado. apropiad o. Además Ade más de hacer las señalizaciones señ alizaciones correspondientes, de manera que las alarmas necesarias garanticen la seguridad y operación de la máquina.

En la Figura 4.6 .se muestra un sencillo algoritmo de funcionamiento general de la máquina etiquetadora, que señala los eventos clave para los controles más importantes de este sistema, como lo son la velocidad, el carro etiquetador y el bloqueo de botellas. Se deben tener las condiciones más seguras para la operación de la máquina, por lo que al dar el mando de arranque, se verifican cada una de los condiciones y se establece sí es seguro, para luego iniciar la secuencia de operación. La secuencia de operación se inicia al accionar el motor principal con el contactor de seguridad, y se comienza el arranque controlado a través del variador luego de activar el contacto de arranque Forward. El variador recibe la referencia de velocidad de operación, mediante un sensor y desde un algoritmo de control se permite introducir el carro etiquetador solo si existe botella, de lo contrario el carro se saca a través de un pistón de aire controlado mediante una electroválvula. La máquina trabaja a baja velocidad hasta que son etiquetadas un número programable de botellas, luego se permite subir la velocidad a media, la cual se mantendrá a menos que exista la suficiente acumulación de botellas en el transporte de entrada  para subir la velocidad a alta. Durante el etiquetado se supervisa sup ervisa el proceso y si se alcanza alcan za un número determinado de falta de botellas para etiquetar, se bloquea la alimentación de envases y se producen las alarmas correspondientes para atender la falla.

31 500S43 S1584 S1583

M0 S1585

S3 S1584

S4

M1

M2

S6

S5

B2 B3 B4 B5

M3

M3

B6

Figura 4.4: Distribución de sensores y señales en alimentación de botellas

32 Señales de Modo y Condiciones

Interconexión

de Operación Salidas de Control

Seguridades, Estado

PL C  d d e  C Co n t r o l

de los Transportes

d e  P Pr o r o c es o

de Salida y Entrada

(Si em en s  S S7)

 Alarmas (Panel Principal, Semáforo)

Parada de Emergencia

Sensores de Presencia de Botella y Encoder

Figura 4.5: Esquema de Proceso Existen seguridades, tanto para el momento de la marcha, como para el momento de  parada, es por esto que en la Figura 4.7 se muestran las posibles causas de una parada de emergencia. En primer lugar encontramos el guarda motor, el cual al dispararse genera la secuencia de parada, además existen tres pulsadores de emergencia, los cuales a su vez generan directamente la secuencia en caso de necesitarse. También el guradamotor es utilizado  para asegurar mantener la máquina parada al momento de hacer mantenimiento, con el fin de evitar incidentes mientras se manipula.

De la misma forma, otra causa de parada de

emergencia puede ser la plazoleta de salida, la cual no es más que una bandeja con una compuerta la cual se llena de botellas en caso de alguna traba en la salida o cualquier anomalía en la descarga de envases, y existe un sensor que verifica la posición de la compuerta, al ésta traspasar un limite, se produce la alarma. Otra de las posibles causas es la seguridad de las  puertas protectoras. Las puertas se encargan de proteger al operador de los vidrios por posibles explosiones de las botellas dentro de la máquina, debido a que estas pueden salir con exceso de calor del pasteurizador y el cambio de temperatura puede causar su explosión; es por esto que existen sensores en las puertas que no permiten la operación mientras las puertas estén abiertas. Por último, tenemos la emergencia en los transportes, los cuales por diversas razones  pueden generar condiciones inseguras o no deseadas, que en consecuencia generan la parada de la máquina.

33

Figura 4.6: Algoritmo general de funcionamiento

34

Emergencia 1

Emergencia 2

Emergencia JOG

Figura 4.7: Esquema de Parada de emergencia 4.4. ESQUEMAS DE CONTROL El carro etiquetador, se controla mediante un pistón de aire a través de una electorválvula y una leva como actuador, este conjunto permite extraer e insertar el carro etiquetador a voluntad, lo que permite entregar o no entregar la etiqueta al cilindro de transferencia, el cual es el encargado de llevar la etiqueta hasta la botella. El carro etiquetador solo ingresa si existe botella para etiquetar, sin embargo al  permitir entregar la etiqueta, ésta no se aplica directamente a la botella, sino que es transferida a un conjunto que la transporta para ser encolada, luego se transfiere a otro cilindro el cual  permite dar vuelta a la etiqueta y luego finalmente pegarla al envase, es por esto que desde el momento de verificación de existencia de botella transcurren un número de pasos hasta el etiquetado. A continuación se muestra un diagrama, el cual refleja con claridad el flujo de los eventos claves durante el proceso.

35

Figura 4.8: Esquema de control del carro etiquetador El bloqueo de botellas consiste de una estrella ajustada al paso de las botellas con giro libre en su centro, además ésta estrella por su parte inferior contiene topes en varios de sus extremos, los cuales permitirán el bloqueo cuando, por medio del accionamiento de una electoválvula que activa un pistón el cual calza en estos topes y tranca el giro, e impide el paso de botellas hacia la máquina. En principio el bloqueo es controlado mediante un selector de tres posiciones, en el cual puede elegirse: “0” lo que implicará el accionamiento directo y sin ningún otra verificación. “Manual”  significa que se liberará el bloqueo sin verificación alguna y no será accionado por ninguna causa. “Auto” en esta posición el sistema de control administrará el accionamiento, el cual se regirá esencialmente por el siguiente control, mostrado en la figura 4.9

36

Figura 4.9: Esquema de control del bloqueo de botellas

El bloqueo de botellas puede deberse, a la falta de botellas en la entrada, para permitir la acumulación necesaria para la operación; también puede ser ocasionado por estar lleno el transporte de salida por lo que se evita colapsar la misma. La parada de emergencia también  puede ocasionar un bloqueo, aunque su efecto no es visible, debido a que se desactiva el motor  principal lo cual impide la entrada de envases.

El motor principal constituye uno de los componentes más importantes de la máquina, ya que gracias a él se llevan a cabo casi todas las operaciones, debido al juego de acople de los diferentes dispositivos al eje principal, entre los cuales se encuentran: el tornillo sinfín, la mesa porta botellas y el cilindro de transferencia. El control del motor principal se realiza mediante las circunstancias mostradas en la Figura 4.10. El control directo del motor se hace a través del variador de frecuencia el cual se alimenta con una señal de referencia de velocidad de 0-10V, por medio de esta señal son forzadas tres velocidades programables en modo de operación automática y una velocidad en modo de operación manual. Estas son regidas mediante las señales de: botellas a la entrada, botellas a la salida, según el estado del bloqueo de botellas, y según el modo de operación; siempre tomando en cuenta las posibles paradas de emergencia, en la que al producirse inmediatamente se aplica el freno y se le quita tensión al motor, buscando un frenado rápido.

37

Figura 4.10: Esquema de control del motor principal

4.7. ANALISIS Y REDISEÑO DEL TABLERO DE CONTROL Como con anterioridad se mencionó, el sistema contó, en algún momento con la automatización basada en un PLC Telemecanique, por lo que el tablero contaba con los dispositivos de control necesarios para su automatización, y se consideró una revisión para evaluar un recableado y reutilización de todo el material: como contactores, guardamotores, relés, fuente de alimentación, variador, borneras de interconexión, etc.

4.7.

CPU Y HARDWARE NECESARIO La elección del hardware se hizo en base a la existencia y a las necesidades del

sistema. Como principal punto de partida, para la elección de la CPU y de los módulos de entrada y salida, se evaluó el levantamiento de información acerca de las entradas y salidas necesarias para el sistema. A través del estudio del funcionamiento de máquinas similares se estableció que sería necesario al menos una entrada con capacidad de alarma de proceso, la cual es capaz de generar una interrupción en la secuencia del programa con un flanco de subida o bajada en la entrada, por lo que dentro de los módulos disponibles se eligió una CPU con entradas y salidas integradas, dentro de las cuales, un grupo de estas contaban con esta característica.

38 Se propuso lo que se muestra en la siguiente figura, la utilización de la CPU 314IFM, la cual cuenta con 4 entradas Analógicas de 12bits de resolución, 1 salida Analógica, 20 Entradas digitales 24VDC, cuatro de estas con alarma de proceso, y 16 salidas a 24VDC integradas. Aparte fue necesario para cubrir la totalidad de las entradas y salidas requeridas con un par de módulos extras, uno de 32 salidas digitales a 24VDC y uno de 32 entradas digitales 24VDC.

Figura 4.11: Propuesta de Hardware a utilizar 4.7. ESTRUCTURA DE PROGRAMA PROPUESTA

Se refiere esta propuesta, a una estructura de programación, siguiendo el esquema de estructuración visto en las diversas máquinas de la planta, con la finalidad de hacerla de uso familiar, debido a que se busca la estandarización de las máquinas, para obtener tiempos de detección de falla menores, y facilitar apreciación del funcionamiento del programa,

Siguiendo los esquemas y buscando subdivisiones organizativas, el programa de control se propuso de la siguiente manera:

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Imagen IN Alarmas de Máquina Señales de Intercambio AUTO Cambio de Velocidad

INTERRUPCIONES

Bloqueo de Botellas Semáforo Lámparas Control Imagen OUT

Figura 4.12: Propuesta de organización de bloques de programación

Aquí se muestra la organización, mediante funciones dedicadas a atender características especificas, empezando por la realización de las alarmas en base a los estados de las entradas, seguido por la atención de las señales de intercambio, tanto con el transporte de salida como con el FLOWTRON-BSP. En  AUTO  se pretende procesar y generar las características funcionales de la máquina al trabajar en modo automático que no estén  previstas en ninguno de las otras funciones organizativas del programa. La variabilidad de la velocidad del motor principal se procesa junto con ciertas señales necesarias para su control desde el bloque de función, Cambio de Velocidad ; la administración de las advertencias mediante el semáforo y las lámparas de indicación se hacen en los bloques siguientes; en el  bloque funcional de Control  se ejecutarán, procesarán y se generarán todas la señales de control hacia los contactores, electroválvulas y cualquier otra señal de acción directa sobre la máquina.

CAPÍTULO V RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA 5.1.

PROGRAMA DE CONTROL En el programa de control se procesan todas las señales de entrada y salida de la

máquina, ejerciendo el control respectivo sobre cada una de ellas. Para el control del carro etiquetador, se implementó una lógica basada en un registro de corrimiento, el cual es un registro de N elementos, donde cada elemento representa una posición especifica de la botella a través de su recorrido. En principio los elementos pueden ser bits, bytes, e incluso palabras, esto dependerá de la cantidad de información que se quiera almacenar del producto en cada  posición del registro. La idea general es que mediante este registro se mantenga la información de cada producto en particular, según la posición del mismo en un instante dado; por lo que un traslado del envase implica un corrimiento de esa información en el registro. Para el sistema, se implemento un registro de corrimiento de una longitud de 80 Bits (10 Bytes, desde la marca M25.0 hasta M35.7), dentro del cual están posicionados varios bits de actualización, es decir, estos bits de actualización corresponden a posiciones del registro en donde físicamente se encuentran sensores que actualizan la información del producto en ese  punto. En este caso, la información que se requiere manejar es solo si existe presencia de  botella en el punto de etiquetación, es por esto que la data puede ser manejada solamente con un bit por posición de botella (“1” = Presencia de Botella, “0” = Ausencia de botella), por lo que se disponen 80 posiciones posibles del producto. Como la figura 5.1 lo indica, existen cuatro sensores que determinan la presencia de  botellas a lo largo del recorrido. Similarmente, existe la utilización de un registro de corrimiento en las llenadoras, donde se almacena en cada posición su estado, el cual indica el estado de la botella, el nivel de liquido que contiene, y otros parámetros los cuales exigen que cada posición requiera más de un bit por botella, esto también se observa en los inspectores de  botella, los cuales almacenan la información de cada una de las seis inspecciones que se le realizan a cada botella.

41

Figura 5.1: Registro de Corrimiento

Esta aplicación se realiza para ejercer un mejor control del sistema, para la implementación del mismo es necesario sincronizar el corrimiento del registro con el desplazamiento físico del producto. Es por esto que se hace uso del encoder, el cual genera  pulsos de referencia respecto al movimiento del motor. Estos pulsos son atendidos por medio de interrupciones dentro del programa de control del PLC, una vez aquí se hace el corrimiento de una posición del registro y se almacena la información de cada sensor.

Carro de Etiquetas B1547 B1548

B1546

B1545

Figura 5.2: Flujo envases en la máquina y sensores de existencia de botella

Para el control de entrada y salida del carro etiquetador, apoyados en la Figura 5.2, se observa claramente que es necesario tener una antelación de la presencia de la botella al momento del punto de etiquetado. Es posible lograr el control deseado, con el registro de

42 corrimiento y con la ayuda de un sensor de presencia de botellas, a una distancia mayor al número de pasos de antelación del punto de etiquetacion.

I

II III IV

 VI 6  V

Pto. de Eti uetado

5 4

3 2 1

Figura 5.3: Secuencia para el etiquetado

En la Figura 5.2 se muestra el número de pasos que debe recorrer la etiqueta, junto con los correspondientes a los del envase. Se detalla el sentido de giro del cilindro de transferencia y las diferentes posiciones de la etiqueta desde la posición I, hasta la VI, igualmente se muestra las botellas desde la posición 1 hasta la 6, esto indica que a la botella 1, le corresponde la etiqueta I, la cual al sexto paso del encoder se encontrará con la botella 1 en el punto de etiquetado.

El control de velocidad y el bloqueo de botellas se implementó mediante el siguiente algoritmo de control, estableciendo tres modalidades principales, Modo Manual, en la cual se libera el bloqueo de botellas y la máquina opera a velocidad fija, solo restaurando el bloqueo

43  por transportador de salida lleno. Selector de bloqueo de botellas en “0” (cero), aquí se ordena a la máquina bloquear las botellas, indistintamente de las condiciones que existan. Por último se tiene el Modo Automático, en el cual la regulación de la velocidad está determinada tanto  por la acumulación en la entrada, por el control del bloqueo y por la acumulación en la salida. En este modo existen tres velocidades, velocidad base, velocidad media y velocidad alta, cada una de estas puede ser aumentada o disminuida mediante un selector en el panel de operador; las velocidades base y media representan el 60% y 80% de la velocidad alta respectivamente.

Figura 5.4: Algoritmo de control de bloqueo de botellas y del cambio de velocidad

44

Por otra parte, se tiene la parada de emergencia, que es gobernada directamente por las alarmas del mas alto nivel, entre las que se mencionan: Plazoleta de salida llena Botones de Emergencia Detector de huecos Emergencia en el transporte

Cada una de estas señales es una posible causa de generar la parada de la máquina; por su alta importancia, todos estos contactos involucrados en lo que respecta a seguridad son contactos normalmente cerrados, de tal manera, que en caso de que exista algún desperfecto o condición no segura se genere la alarma para detectar el punto inseguro.

A continuación se muestra la organización de las entradas y salidas del sistema y la nomenclatura utilizada en el programa:

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SIMBOLO S1807 S1808 S1803 S1804 S1809 K1403 S1813.1 S1813.2 S1829 S1502 B1549 LIBRE 1.2 B1586 B1587 ETrans TAA LIBRE2.0 S1451 B1506 S1505 S1504 B1516 S1515 S1516 K1055 K2104 SPBED SPBEMD S1812 S1503 S1552 libre 3.7 S1562 B1563 B1583 B1582 S1584 S1585 S1576 Libre 124.7 B1564 B1545 B1546 B1547

DIRECCIÓN E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 124.0 124.1 124.2 124.3 124.4 124.5 124.6 124.7 125.0 125.1 125.2 125.3

TIPO DE DATO BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL

DESCRIPCIÓN PANEL Selector en Manual PANEL Selector en Automático PANEL Parada Máquina PANEL Marcha Máquina PANEL Máquina en Mantenimiento Parada Emergencia (1503+1552+1812+1809) PANEL Subir Cabezal Ppal PANEL Bajar Cabezal Ppal PANEL Prueba de lámparas PB Marcha Jog Sensor de Seguridad de subida de cabezal TRANSPORTE - Consentimiento de bloqueo de botellas TRANSPORTE - Consentimiento de desbloqueo de botellas TRANSPORTE - Emergencia TRANSPORTE - Señal de Emergencia en Transporte de Salida Seguridad Conjunto Etiquetador (1451+1452+1453) Sensor de Tope de Puertas 1+2 (Arriba ) Selector Puertas 1+2 - Bajar Selector Puertas 1+2 – Subir Sensor de Tope de Puertas 3+4 (Arriba) Selector Puertas 3+4 – Bajar Selector Puertas 3+4 - Subir Serie de Contactos Auxiliares de Contactores - Funcionamiento Serie de Contactos Auxiliares de Guarda Motores TRANSPORTE - Sensor Presencia Botella Entrada Distante TRANSPORTE - Sensor Presencia Botella Entrada MUY Distante Parada Emergencia PANEL PRINCIPAL Parada Emergencia JOG Parada Emergencia COLUMNA Control de entrada PB_CONFIRMAR – Reset Detect. de huecos Sensor de Botella - Control de entrada - Detector de Huecos Sensor Presencia Botella Entrada Lejano Sensor Presencia Botella Entrada Cercano Sensor Presencia Botella Salida Cercano Sensor Presencia Botella Salida Lejano Aire Comprimido Plazoleta de Salida Detector de Botella #1 Detector de Botella #2 Detector de Botella #3

Tabla 5.1: Tabla de símbolos de entradas digitales

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SIMBOLO SemafV Semana SemafR K1665 K1666 K1667 K1668 K1669 H1778 H1917 H1916 H1905 H1904 H1954 K1403 Pulsos K2252 K2253 K2254 K2255 K2056 K2273 H1966 H1967 H1968 H1969 H1942 H1943 H1945 H1946 H1963 H1952 Y1656 Y1663 Y1654 K2274 K2275 K2264 H1672 K2262 H1902 H1903 H1953 LIBRE 125.3 LIBRE 125.4 LIBRE 125.5 LIBRE 125.6 LIBRE 125.7

DIRECCIÓN A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A

4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 124.0 124.1 124.2 124.3 124.4 124.5 124.6 124.7 125.0 125.1 125.2 125.3 125.4 125.5 125.6 125.7

TIPO DE DATO BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL

DESCRIPCIÓN SEMAFORO Luz Verde SEMAFORO Luz Amarilla SEMAFORO Luz Roja TRANSPORTE - Bloqueo Abierto TRANSPORTE - Etiquetadora Trabajando TRANSPORTE - Botella Lejana TRANSPORTE - Botella Cercana TRANSPORTE - Velocidad LAMPARA Señal de Mantenimiento LAMPARA Transporte de Salida Conectado LAMPARA Parada de Emergencia Cliente LAMPARA Guarda Motor Disparado LAMPARA Circuito de Seguridad Sinóptico - Acumulación Emergencia Activada TRANSPORTE - Impulsos por botella Contactor Subir Puertas 1+2 Contactor Bajar Puertas 1+2 Contactor Subir Puertas 3+4 Contactor Bajar Puertas 3+4 Contactor Ppal. Fuerza hacia variador Contactor Accionamiento Lubricación Sinóptico - Puerta 1 Sinóptico - Puerta 2 Sinóptico - Puerta 3 Sinóptico - Puerta 4 Sinóptico - Parada Emergencia Columna 1 Sinóptico - Parada Emergencia Columna 2 Sinóptico - Parada Emergencia Columna 3 Sinóptico - Parada Emergencia Panel Principal Sinóptico - Interruptor de Seguridad Sinóptico - Detección be Botella Rotas Electro válvula - Bloq. de botellas Electro válvula - Carro Etiquetador 1 Electro válvula - Rasqueta de Adhesivo Cabezal Maquina Subir Cabezal Maquina Bajar Freno LAMPARA Confirmar detector de botella caída Accionamiento Motor Ppal (Arranque FW en Variador) LAMPARA Marcha máquina LAMPARA Confirmar Sinóptico - Detección de huecos y botellas caídas

Tabla 5.2: Tabla de símbolos de salidas digitales

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SIMBOLO AO01 AI01 AI02 AI03 AI04

DIRECCIÓN PAW PEW PEW PEW PEW

128 128 130 132 134

TIPO DE DATO WORD WORD WORD WORD WORD

DESCRIPCIÓN Señal de Referencia de Voltaje para Velocidad Libre Libre Libre Libre

Tabla 5.3: Tabla de símbolos de entradas y salidas analógicas

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5.2.

HARDWARE Y TABLERO DE CONTROL La arquitectura del hardware propuesto, fue implementada mediante los siguientes

módulos:

CPU S7-314 IFM (6ES7 314-5AE03-0AB0 / V1.2) Memoria central 32KB; 0,3ms/1000 instrucciones.; DI20 / DO16; AI4 / AO1 integradas; conexión MPI; configuración en varias filas de hasta 31 módulos; comunicación S7 (FBs/FCs cargables); firmware V1.2

MODULO DE ENTRADA (6ES7 321-1BL00-0AA0) Módulo de entradas digitales DI32 24V, en grupos de 32

MODULO DE SALIDA (6ES7 322-1BL00-0AA0) Módulo de salidas digitales DO32 24V/0.5A, en grupos de 8

Figura 5.5: Vista superior de hardware a utilizar

49 En la Figura 5.4 se muestra el control del motor principal, el cual es alimentado por medio de un guarda motor, un variador de velocidad y un contactor de seguridad. El variador recibe la referencia de velocidad del PLC, a través de una entrada analógica de 0-10VDC, además posee un contacto de accionamiento, mostrado en la figura como K2262, el cual es controlado igualmente por el PLC. El contactor de emergencia es desactivado al producirse cualquier causa de alarma en el sistema.

 Variador de Velocidad

Figura 5.6: Esquema de conexión eléctrica del motor principal

A continuación se presenta la conexión del motor de lubricación de aceite de la máquina, y del motor de subida-bajada de cabezal, M831 y M834 respectivamente. Cada uno de ellos igualmente que el motor principal, son alimentados mediante un guarda motor, pero esta vez son gobernados a través de accionamiento directo mediante contactores para

50 suministrar la potencia. En el caso del M384, este está controlado por medio de Q274 y Q275 los cuales permiten administrar el sentido de giro del motor. De la misma forma representamos a los motores M811 y M814, encargados de la subida y bajada de puertas  protectoras.

Figura 5.7: Esquema de conexión de los motores de lubricación y control de cabezal

51

Figura 5.8: Esquema de conexión de los motores de control de puertas protectoras

5.3.

PUESTA EN FUNCIONAMIENTO En primer lugar se evaluó, realizar una parada para desmontar e instalar el nuevo PLC.

Sin embargo, se determinó que el antiguo programador lógico no ejercía ningún control sobre la máquina para ese momento, debido a la inhabilitación durante su tiempo en servicio, mediante una lógica de contactores sencilla. L

o que permitió hacer la instalación en

caliente. En primer lugar se descableó el sistema a reemplazar, identificando cada una de las conexiones; se verificó la coincidencia de las señales con el plano eléctrico original, y se  procedió a la instalación del PLC Siemens, cableando únicamente las entradas del sistema. Luego se realizó una revisión exhaustiva de cada una de las señales provenientes de campo, se verificó su funcionamiento y se hicieron las correcciones respectivas. Seguidamente se observó el funcionamiento de la programación bajo las entradas ya cableadas. En la segunda fase de la instalación, se comenzó con el cableado de las señales de parada de emergencia y de

52 su habilitación por programa, así como también las señales de control de accionamiento del motor principal.

Figura 5.9: Borneras de conexión en tablero de control

Se implementó el cambio del antiguo control de variabilidad de velocidad por reóstato, como originalmente se encontraba, a un selector de tres posiciones, para el aumento o disminución de la velocidad por medio de pulsos. Por último, se terminó con el cableado de las salidas del sistema (pero inhabilitadas por software), cada una de las señales de salida fueron probadas eléctricamente comprobándose la disponibilidad de las mismas en campo, y se restauraron las señales de aviso y advertencia como el sinóptico de alarmas de la máquina y otras. Por último, una vez cableado en su totalidad el sistema, se procedió a la habilitación gradual de cada una de las funciones. Esto permitió entonarlas una a una, pero aún así se determinó que se requeriría un trabajo extra con algunas funciones, debido al desgaste electromecánico de la máquina. Uno de los desgastes, es la entrada y salida del carro

53 etiquetador, que a pesar de haberse probado su operatividad, el actuador no trabajaba con la eficiencia requerida, por lo que se sugirió una modificación del mismo, así como también a algunos sensores que no brindaban la confiabilidad necesaria para garantizar que el proceso se comportara de la forma esperada.

CAPÍTULO VI RESULTADOS OBTENIDOS 6.1.

INTRODUCCIÓN Con el propósito de analizar las variaciones en el comportamiento del sistema de

detección de fuego, al haber aplicado algunas de las alternativas propuestas, en el presente capítulo se registrarán los resultados obtenidos al implementar dichas modificaciones.

6.2.

PROGRAMA DE CONTROL El programa de control se implementó en su totalidad, sin embargo, no todas sus

funcionalidades pudieron ser habilitadas debido a la falta de disponibilidad de algunos equipos, que sin embargo serán instalados posteriormente por parte del departamento de mantenimiento, con el fin de operacionalizar las funciones implementadas, entre las cuales se mencionarán las siguientes: Subida y bajada de magazín: el cual a pesar de estar toda la instalación eléctrica hecha, faltaba el motor que suministra la potencia necesaria para mover el magazín. Control de puertas: este control se ejerce mediante dos motores con control de giro, sin embargo, no se implemento en su totalidad debido a la ausencia de uno de los motores, y de una de las puertas protectoras. Control automático de detección de botellas explotadas: este sistema se basa en los sensores B1546, B1547 y B1548, los cuales no se encontraban operativos y de acuerdo a sus características físicas y al lugar de anclaje para la operación no  pudieron ser remplazados. Semáforo indicador: a pesar de estar implementado a nivel de programación, el dispositivo luminoso no se encontraba disponible para el momento. Carro etiquetador: este control se colocó operativo y se probó su funcionamiento durante algún tiempo, sin embargo, se eligió deshabilitarlo

55  para corregir y mejorar la acción del pistón encargado de extraer e insertar el carro etiquetador. También se sugirió el cambio del sensor inductivo de  presencia de botella B1545, por una foto luz de acción rápida y de su base sostenedora, con la finalidad de eliminar cualquier falsa señal para brindar mayor efectividad al sistema.

6.3. HARDWARE E INSTALACIÓN A continuación se muestran los dos armarios de control, en los cuales se presenta según la Figura 6.1 lo que corresponde a la sección de potencia, donde se observa claramente el variador de frecuencia Altivar 5, de la serie 45-2; en la parte inferior se muestra tanto la resistencia de frenado, como los contactores para el accionamiento de los motores: principal; subida / bajada de puertas 1 y 2; subida / bajada de puertas 3 y 4; contactor de lubricación de aceite; y subida / bajada de magazín. En la parte superior se presentan los guarda motores, a la derecha se muestra tanto la fuente de 24VDC, como los breakers de alimentación de 24VDC que separa la distribución de alimentación del sistema.

En la Figura 6.3 se muestra la instalación del bastidor, CPU y módulos de control, y en la parte inferior el arreglo de borneras, donde llega cada una de las señales de campo para ser distribuidas a lo largo del armario. Por último se tiene una vista del montaje en funcionamiento del PLC y sus módulos.

56

Figura 6.1: Tablero de control, sección de manejo de potencia

57

Figura 6.2: Tablero de control, sección de control

Figura 6.3: Tablero de control, vista frontal del PLC instalado

58 En la imagen inferior, se muestra el sistema detector de huecos y botellas caídas, donde se puede apreciar en la parte superior, el sensor B1563, y en la parte inferior derecha el  botón de reconocimiento de la alarma y rearmado de la máquina. Así como también se detalla una de las cajas botoneras del sistema Flowtron-BSP en la cual se tienen disponibles los controles de: parada, reset, marcha y marcha manual de la alimentación de botellas.

Figura 6.4: Sensor detector de huecos y pulsador de confirmación de alarma En la figura 6.5, se observa una vista lateral del carro etiquetador, se alcanza a distinguir el almacén de etiquetas, el cilindro de transferencia, el rodillo encolador y la rasqueta de adhesivo.

59

Figura 6.5.: Carro etiquetador

La figura 6.6. es una vista frontal de la máquina etiquetadora, donde se observan claramente las tulipas y la mesa porta botellas. Seguidamente se aprecia el panel de operador, con la distribución de pulsadores y el sinóptico de alarmas.

Figura 6.6: Vista lateral de la máquina

60

Figura 6.7: Vista frontal del panel de operador Por último, se muestra en primera vista lo que es la salida de la máquina. Lo que se aprecia en primer plano es la plazoleta de salida. En la siguiente imagen se tiene una vista lateral de la máquina, específicamente en la entrada de la misma donde se observa claramente el tornillo sinfín recibiendo las botellas y espaciándolas para entregarlas a la estrella de entrada.

61

Figura 6.8: Salida de la máquina, plazoleta de salida

Figura 6.9: Vista lateral de la máquina, tornillo sinfín

CAPÍTULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1.

CONCLUSIONES Luego de haber presentado los dos puntos de vista respecto al sistema antiguo y al

sistema nuevo, es notorio que el sistema implementado presenta mayor confiabilidad debido al  proceso controlado y gobernado por el PLC, el cual ha venido siendo a lo largo de los años el equipo de preferencia en la automatización industrial, gracias a su estabilidad de operación y a su adaptabilidad ante los cambios. Las funciones reestablecidas en la máquina, permitirán incrementar la seguridad de operación, la calidad y rendimiento del proceso de etiquetado, y garantizar la operatividad de la misma y por ende la producción de la línea.

7.2.

RECOMENDACIONES Después de haber analizado el sistema de etiquetado a fondo, y mostrados los

resultados, en base a la realización e implementación, se recomienda lo siguiente, en miras de mejorar la calidad del sistema en general: Para brindar mayor seguridad, es necesario activar el mecanismo de las puertas de  protección, el cual esta implementado en el programa de control, solo se requiere completar el juego de motores y sensores para poner operativa esta importante función de la máquina. Siendo uno de los elementos de mayor contacto con el operario, se recomienda instalar las puertas protectoras que rodean al conjunto etiquetador con sus debidos sensores de seguridad, de manera que el operador esté menos propenso a accidentes. Se observó durante el proyecto, y en base a otras máquinas estudiadas, que la degradación causada por el tiempo en servicio ha permitido que el conjunto de la rasqueta de adhesivo desprenda pequeñas partículas de pegamento que en gran

63 cantidad se van acumulando en el conjunto; por lo que se recomienda analizar la  problemática con la finalidad de encontrar una posible solución. Para un óptimo funcionamiento de la máquina, es recomendable reajustar el mecanismo de salida y entrada del carro etiquetador, debido a que este debe tener la suficiente movilidad y un adecuado tiempo de respuesta a la señal, que le permita salir con libertad y retornar a su posición habitual. Se recomienda mejorar la base que sujeta al sensor de presencia de botella, el cual alimenta al registro de corrimiento, debido a que este tiende a salirse del punto de supervisión por la propia vibración de la máquina, lo que produce falsas salidas del carro etiquetador.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS NORMAS, MANUALES Y ESPECIFICACIONES GENERALES: [1]

Kaczmarski, Frank. “Parkaging Technology Course: Labelers and Labeling”. Master Brewers Association of the America. 2005.

[2]

Manual de Referencia, “S7-300 Programmable Controller”, CPU Specifications, 2001.

[3]

Manual de Referencia, “S7-300 and M7-300 Programmable Controllers”, Module Specifications, 2001.

[4]

Manual de Referencia, “S7-300 Programmable Controller”, Hardware and Installation, 1999.

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Goldammer, Ted. “The Brewers Handbook”. The complete book to brewing beer. 2005.

[6]

Khoner, Peter. “Automation with programmable logic controller”. University of New South Wales Press. 1996.

[7]

Jones C.T. “Step 7 in 7 steps”, Unites States. 2006

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS: www.siemens.com www.krones.com www.sigsimonazzi.com www.schneider-electric.com www.isa.uniovi.es www.mbaa.com www.plcmadrid.es

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ANEXOS

66 PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CERVEZA