A U T O M AT I Z A C I Ó N I N D U S T R I A L DOCENTE: Leonardo Andrés Pérez, MSc
Automatización Industrial - Unidad I JHON FERNANDO MARÍN, 71316929 HOOVER A. SERNA, 1020.414.647 RAUL ARTURO ECHEVERRI ARANGO, cc# EDWIN ALEXANDER QUIROZ ARBOLEDA, 1018.344.213 JORGE ALIRIO HERNÁNDEZ QUINTERO, 98.527.342 Grupo 11, Año 2016 Programa de Ingeniería Electrónica – Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD, Colombia
ABSTRACT This document identified as Process Automation a microbrewery, according to a specification is made, and using Industrial automation concepts. It shows The flowchart and Process Technology Diagram, where it does recognize the components and variables of Control it will be displayed. Este documento se identifica como se hace el proceso de automatización de una micro cervecería, de acuerdo con unas especificaciones, y usando conceptos de automatización industrial. Se mostrará el diagrama de flujo y el diagrama de tecnología del proceso, donde se reconocen los componentes y variables a controlar.
Palabras clave: Automatización, controlador, sensores, procesos, SCADA, PLC, cerveza, LabVIEW, Válvulas, control PID
1.
INTRODUCCION
En este trabajo, se pretende mostrar el análisis, del proceso industrial, lógico, entre otros aspectos del montaje de una cervecería artesanal de alta calidad y con sabor reproducible en iguales condiciones, también se tiene como objetivo dar solución a un problema encaminado a automatizar un proceso aplicando los conocimientos obtenidos en la primera unidad del curso. Determinar, las etapas de la producción, diseñar los diagramas de flujo de producción correspondiente, y elaborar un esquema sobre el sistema completo, además identificar los elementos sensitivos, activos y de control que intervienen durante la fabricación.
2.
MARCO TEORICO
Con el trabajo que se presentara a continuación se pretende incursionar en el proceso de automatización siguiendo detenidamente unas pautas básicas partiendo de una idea y un planteamiento de lo que se va a realizar, teniendo en cuenta dicho proceso es necesario y fundamental realizar diagramas de flujo y de tecnología para así comprender mejor los conceptos y lograr el objetivo que se tiene en cuanto a el curso. Control PID: Es importante usar el control de variables por PID ya que se utilizará para el control eficiente,
efectivo y eficaz del proceso de fabricación de la cerveza. El control de variables PID se puede definir como el control inteligente que mantiene alguna variable física, en este caso sería mantener la temperatura en un rango estable para que el producto que se está procesando salga con calidad. LabVIEW: El software LabVIEW es un sistema que permite la solución de problemas mediante graficas o diagramas de una manera más rápida, probando el diseño y control de sistemas productivos. Utiliza símbolos gráficos en lugar de lenguaje textual para describir acciones de programación PLC: El PLC es un controlador lógico que se puede programar basado en un software que ha sido cargado anteriormente y controla todo el proceso.
3.
PLANTEAMIENTO DEL DISEÑO
El maestro cervecero requiere que se automatice la siguiente parte del proceso: A la planta de micro-cervecería debe llegar las siguientes materias primas: malta molida y agua potable con PH de 4.0 (a temperatura ambiente = 24°C). Para fabricar cerveza para una semana (50 litros), primero se debe agregar 50 litros de agua potable a un tanque
1
A U T O M AT I Z A C I Ó N I N D U S T R I A L DOCENTE: Leonardo Andrés Pérez, MSc
(Tanque A). Para ello, el sistema provee la válvula A que cuando se activa deja fluir el agua al tanque A. Luego, se debe adicionar 30 libras de malta molida al tanque A, por medio de una tolva. Posteriormente se revuelve y se eleva la temperatura del tanque A hasta 52 grados Celsius. Mientras se va elevando la temperatura, partiendo de la temperatura ambiente del líquido, el agua con la malta se debe revolver constantemente a una velocidad lenta. Cuando el tanque A alcanza los 52 grados Celsius, la temperatura debe permanecer constante por 8 minutos sin revolver el líquido. Cuando ha pasado los 8 minutos, se vuelve a revolver mientras la temperatura del tanque A se eleva hasta 62 grados Celsius. Cuando la mezcla alcanza los 62 grados Celsius, la temperatura debe permanecer por 15 minutos sin revolver el líquido. Luego de terminar los 15 minutos, se debe filtrar el líquido. Para ello, se debe abrir las válvulas B y C. El líquido del tanque A fluirá hacia el tanque B. El tanque B contiene un filtro (colador con perforaciones muy finas) en la cual deja pasar únicamente el líquido (también llamado mosto) al tanque C por medio de la válvula C, y el espeso de la malta quedara atrapado en el filtro del tanque B. El mosto quedara finalmente en el tanque C para su posterior fermentación.
Figura 1. Esquema de la micro-cervecería. Fuente: Guía integradora de actividades Automatización industrial UNAD
2
3.1 Diagrama de la secuencia del proceso 3.2
3.3 EXPLICACIÓN 3.4 Primer proceso, se coloca en estado de apertura la válvula A, esta permite pasar el agua con PH 4.0 al tanque A. Cuando el nivel del tanque A
llega a 50 Litros de agua, esta válvula se cierra, paso seguido, se abre la válvula de la tolva que contiene malta molida, esta también cae al tanque A hasta completar 30 libras de malta, luego se cierra válvula de tolva. Con agua a 50
Litros y malta molida 30 Libras comienza a girar espátulas para revolver mezcla y se enciende serpentín para calentar la mezcla hasta 52° C. Cuando se llega a esta temperatura se apaga espátula y se mantiene temperatura a 52° C por 8 Minutos. Pasados los ocho minutos se enciende de nuevo la espátula mientras se sube 3.5
la temperatura de la mezcla a 62° C. Alcanzada esta temperatura, se apaga la espátula de nuevo y se mantiene a esta temperatura por 15 minutos. Después de 15 minutos se abre válvula B para colar la mezcla y la válvula C donde se almacena la mezcla final.
3.6 Diseño del controlador PID
3.7 3.8 EXPLICACION: 3.9 El diagrama consta de: Recipientes: 3.10 Tanque agua PH 4.0 3.11 Tanque A 3.12 Tanque B 3.13 Tanque C 3.14 Tolva malta molida 3.15 Transmisores: 3.16 LT 01: Transmisor, transductor de nivel
3.17 WT 01: Transmisor, transductor de peso 3.18 TT 01: Transmisor, transductor de temperatura 3.19 Actuadores: 3.20 SV 01: Válvula solenoide 1 3.21 SV 02: Válvula solenoide 2 3.22 SV 03: Válvula solenoide 3 3.23 SV 04: Válvula solenoide 4 3.24 M 01: Motor de Agitador 3.25 Serpentín 3.26 Ini. Ser. Aux: Iniciador serpentín Auxiliar
3.27 Ini. Mot. Aux: Iniciador Motor Agitador auxiliar 3.28 Control 3.29 PLC 3.30 PC con LabVIEW 3.31 3.32Cuando se inicia el proceso en la microcervecería, se acciona SV 01 por medio de una señal eléctrica del PLC para permitir el paso del agua PH 4.0 al tanque A hasta llegar a 50 litros de agua vertidos en este tanque. El tanque de agua con PH 4.0 tiene un sensor de nivel LT 01, que envía una señal de 4-20 mA al PLC con un rango de 0 a 100 litros, para determinar la cantidad de agua vertida al Tanque A, al llegar a 50 Litros se desactiva SV 01. Cuando se termina este proceso el PLC acciona SV 04 para verter la malta molida, la tolva de malta molida tiene un sensor de peso WT 01 que al igual que LT 01 envía una señal estándar de 4-20mA en un rango de 0 a 80 Libras al PLC para este determinar la cantidad vertida y al llegar a 30 Libras parar de proporcionar malta al tanque A desactivando SV 04. Luego el PLC procede a accionar el agitador y el serpentín por medio de unos iniciadores auxiliares. Por medio de TT 01, el PLC obtiene información de la temperatura en el tanque A (señal 4-20mA, rango 0-100° C). Cuando se llega a 52° C el PLC apaga el agitador durante 8 minutos y durante este tiempo hace un control PID del serpentín para mantener la temperatura en 52°. Pasados los 8 minutos arranca de nuevo el agitador y permitiendo al serpentín trabajar al máximo hasta llegar a 62° C. Alcanzados los 62° se procede a apagar de nuevo el agitador y se realiza de nuevo el control PID ahora con SET POINT a 62° C durante 15 minutos. Pasado este tiempo el PLC procede a accionar SV 02 y SV 03, para que la mezcla del tanque A pase al Tanque B donde se filtra dejando los restos de malta en el filtro y pasando el mosto al tanque C por medio de SV 03 donde se deja para su fermentación. 3.33 3.34 3.35CONCLUSIONES
3.36
Se logró identificar y entender los pasos a seguir para automatizar el proceso de la micro cervecería por medio de un diagrama de flujo. Se implementa un diagrama de tecnología donde se identifican los diversos componentes que debe llevar el proceso de automatización de la micro cervecería. Se hace un reconocimiento de los elementos que son necesarios para la automatización de la micro cervecería, como controladores (PLC y LabVIEW), actuadores y transmisores.
3.37BIBLIOGRAFIA
Pollock, F. (1957). Automation, a study of its economic and social consequences. United States: Frederick Praeger Publisher. Págs. 1-3 & 38-128. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/fri edrich-pollock-automation-astudy-of-itseconomic-and-social-consequences-1956.pdf
3.38 Guerrero, O. (2008). Procesos de Manufactura. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Págs. 3-11. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/3 32571.pdf 3.39 Joyanes, L. & Zahonero I. (2005). Programación en C Metodología, Algoritmos y Estructuras de datos. España: Editorial Mc Graw Hill. Págs. 4247. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/a pendice_2.pdf 3.40 Bolton, W. (2009). Programmable Logic Controllers. Estados Unidos: Elsevier. Págs. 111. Disponible en: http://books.google.com.co/books? id=_qC6mlaiXF4C&printsec=frontcover&source= gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=fal se 3.41 3.42 Moreno, M. (2012). Automación Micromecánica. Argentina: Editorial Wilde. Capítulo 1 y 2. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/ Manual061ControladorLgicoProgramablePLC.pd f 3.43
Jiménez J. (2012). Que es un PLC (Avanzado). Artículo: Rocatek. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/ Que_es_un_PLC_Avanzado_.pdf
3.44
Benjamin, K (1999). Sistemas de Control Automático. México: Editorial Prentice Hall. Págs. 1-9. Disponible en físico por la UNAD: CEAD de Medellín, Sogamoso, Palmira, Neiva, Duitama, Pasto, Corozal, Popayán, Acacias Girardot, Facatativá, Pitalito, La Dorada, Guaviare, Arbeláez, Barranquilla, Bucaramanga, Santa Marta.
Arangueti, J (2011). Control de Procesos. España: Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Agrària. Págs. 5-12. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/ Control_de_Procesos.pdf
Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/L abView_Manual.pdf 3.47
3.45
Moreno, I. & Sanchez P (2008). Introducción a la Instrumentación virtual. Págs. 5-8. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/299013/ Programacion_en_labview.pdf
3.50 3.51
3.46
3.49
LabVIEW - User Manual (2003). United States: National Instruments Corporation. Capítulo 1 y 2.
3.53
3.52
3.48 Monagas, M. (2014). Automatización de los Procesos Industriales (video). Venezuela: Editado por Universidad de Oriente https://www.youtube.com/watch?v=OmsjHP-Yej4