Año de la promoción de la industria responsable y del compromiso climático
PRODUCCIÓN DE GASEOSAS (millones de litro)
SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDRUSTIAL
Curso : Técnicas y métodos de aprendizaje investigativo
Título : Proceso para la industrialización y automatización de una planta embotelladora
Integrantes :
Ayala Peñaloza Joel
Blacido Garay Alexander
Broca Zavaleta Martin
Cabezas Luyo Henry
Instructor : Roy Rosario Flores
Bloque : PT-07 Aula: A-204
Ciclo : Ciclo de estudios Generales 2014-II (S.M.P)
Lima-2014
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de tesis a Dios y a mis padres. A Dios por que ha estado con nosotros en cada momento, cuidándonos, dándonos fortalezas, inteligencia para continuar, a nuestros padres quienes a lo largo de nuestras vidas han velado por nuestro bienestar y educación siendo nuestros apoyos en todo momento. Por su tenacidad y lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a seguir y destacar, no solo a nosotros, sino para nuestros hermanos y familia en general. Depositando su entera confianza en cada reto que se nos presente sin dudar ni un solo momento en nuestra inteligencia y capacidad.
AGRADECIMIENTO
A nuestros familiares por habernos apoyado en todo momento, por sus consejos, por sus valores, por la motivación constante que nos han permitido ser personas de bien, pero más que nada por su amor.
A nuestro instructor por su gran apoyo y motivación, por habernos transmitido los conocimientos obtenidos para la culminación de nuestro proyecto y habernos llevado pasó a paso en el aprendizaje.
A nuestros amigos por los consejos, motivación y perseverancia.
A todos quienes de una y otra forma han colocado un granito de arena para el logro de este trabajo, agradecemos de forma sincera su valiosa colaboración.
Proceso Para La Industrialización y Automatización De Una Planta Embotelladora
Planteamiento del problema
En la siguiente investigación se buscara resolver el problema de la empresa "Lindey" por el cual la empresa sufre una baja producción debido a que sus máquinas son muy antiguas.
Estas máquinas entorpecen la producción ya que al malograrse o entrar en mantenimiento se hace difícil encontrar piezas de recambio, deteniendo el funcionamiento de dichas máquinas y esto afecta considerablemente la producción de la empresa.
Necesidad de la empresa
La empresa necesita un cambio radical en cuanto a su producción y sus maquinarias, también una capacitación al personal, supervisores y administradores de la empresa, para que se acoplen a las nuevas tecnologías a implementase.
La empresa también necesita contratar nuevos técnicos y/o ingenieros para que se dediquen al mantenimiento de las nuevas maquinarias, evitando así llamar a personas ajenas ala empresa.
Justificación
Esta investigación la realizamos con el objetivo de como nosotros podemos hacer que nuestra empresa sea más eficiente. Mejorando la producción teniendo una buena calidad para satisfacer las necesidades de nuestros cliente.
Al mismo tiempo como actualizaríamos nuestras áreas de trabajo para que nuestras máquinas de producción tengan un mejor rendimiento en nuestras empresa.
Con el tiempo la empresa mejorara tecnológicamente, tendrá buena producción y los productores serán de muy buena calidad.
Esta información no solo ayuda a la empresa, sino que también ayuda a los trabajadores que laboran en esta empresa dando conocimiento tecnológico sobre las maquinas que utilizan esta información será muy buena ayuda para los futuros estudiantes que recién están por explorar este maravilloso mundo que es la Mecatrónica sorprenderá muchos con los avances tecnológicos y se darán cuenta que es una carrera que no tiene límites, con todo esto los estudiantes serán capaces de desarrollar sus conocimientos y pone en práctica sus habilidades.
Todo esto captara la atención de las empresas nacionales e internacionales, considerándonos como una empresa con mucho potencial. Este proyecto hará que el país se vuelva más industrializado y mucho más competitivo
Objetivos:
Dar la importancia sobre las máquinas que operan en la empresa.
Renovar las áreas de trabajo para un mejor rendimiento de los trabajadores.
Obtener un amplio conocimiento tecnológico sobre las máquinas que utilizamos en la empresa.
Crear un área destinada para la reparación de las maquinarias de la empresa.
Aumentar la producción mediante las maquinarias que utilizamos en la empresa.
Capacitar a los trabajadores de la empresa para que operen correctamente las maquinarias de la empresa.
Hacer que la empresa sea reconocida mundialmente por los demás competidores
Hacer que los productos de la empresa sean de muy buena calidad.
Ofrecer dentro de la empresa un buen control de calidad sobre los productos.
Cronograma de actividades
N°
ACTIVIDADES
CRONOGRAMA
RESPONSABLES
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Planteamiento del problema
x
Todo el grupo
2
Justificación del proyecto
x
Todo el grupo
3
Determinación de objetivos
x
Todo el grupo
4
Antecedentes de estudio
x
Ayala-Cabezas
5
Recolección de información
x
Ayala- Broca
6
Definición de términos
x
Blacido-Cabezas
7
Bases teóricas
x
Ayala-Blacido
8
Cuadros Comparativos
x
Broca-Cabezas
9
Gráficos estadísticos
x
Todo el grupo
10
Presentación para la primera revisión
x
Todo el grupo
11
Resumen
x
Todo el grupo
12
Anexos
x
Ayala
13
Conclusiones
x
Broca
14
Bibliografía (Elaboración)
x
Todo el grupo
15
Dedicatoria y agradecimiento (elaboración)
x
Cabezas
16
Elaboración del índice
x
Blacido
17
Sustentación de tesis
x
Todo el grupo
RECURSOS HUMANOS, MATERIALES Y FINACIEROS
Máquina
Equipos
Herramientas
Materiales
Computadora
Impresora
Internet
Libros
Laptop
Modem
Word
Diccionarios
Tablet
Reproductor de sonido
Excel
Revistas
Cámara Fotográfica
Memoria SD
Power point
Periódicos
Celulares (Smartphone)
Memoria USB
Adobe Reader
Hojas bond
Mochilas
Aplicaciones de celulares
Materiales de escritorio
Tinta
Recursos Humanos
Tareas
Tiempo
Costo
Integrantes
Investigar sobre el tema
6 meses
S/. 1,500.00
Asesor de tesis
Revisa, corrige la investigación
6 meses
S/. 5,000.00
Instructor
Orienta a los integrantes
6 meses
S/. -
Supervisor de empresas
Facilita el ingreso a las plantas industriales
2 semanas
S/. -
Suma
S/. 6,500.00
MARCO TEORICO
1) ANTECEDENTES DE ESTUDIO
Antiguamente el proceso de embotellado se realizaba de forma manual.
Para hablar del principio de las embotelladoras debemos enlazar diferentes aspectos que la conforman desde los inicios de las botellas, tapas y las necesidades que hicieron posible crear una embotelladora.
En la antigua Roma el término ampulla, botella, se designaba a una vasija que tuviera cualquier forma y que estuviera hecha de cualquier material, pero sobretodo el nombre servía para designar un recipiente con el cuello largo y estrecho y el cuerpo inflado
Ya en 1892, William Painter creo una tapa o sello que llamo "corona" por su semejanza con la corona utilizada por las reinas, en 1906 y 1909 Samuel c.Bond desarrollo y patento un sello que llamo tapa.
Luego COCA COLA en los años de 1898, se establecería como la primera embotelladora del mundo. A COCA COLA se le atribuye pionero en dar el impulso de creación de embotelladoras a la mano del aporte publicitario, que en casi todos los países. Esta empresa dividió el país por zonas y comenzaron a revender los derechos para embotellar Coca-Cola a empresarios locales. En 1909 había casi 400 plantas embotelladoras en EEUU aunque algunas sólo abrían los meses de verano, que era cuando se producía mayor demanda de Coca-Cola. Este ejemplo lo siguieron tras empresas fabricantes de refrescos como la PEPSI COLA. Ya para el año de 1920 existían más de 1.000 embotelladoras, todas ellas prósperas.
En el Perú el matrimonio británico conformado por el Sr. José R.Lindley y la Sra. Martha Stoppanie de Lindley e hijos, que llegó al Perú y se estableció en el distrito del Rímac, fundando una empresa destinada a elaborar y procesar bebidas gasificadas. A esta empresa se le conoció como Fábrica de Aguas Gasificadas "Santa Rosa" de José R. Lindley e Hijos.
La Familia Lindley inició sus actividades en forma manual y con una producción promedio de una botella por minuto.
En 1918, la Familia Lindley adquirió la primera máquina semiautomática, lo que permitió aumentar el promedio de producción, de una unidad por minuto a un promedio de quince botellas por minuto.
En el año 1948, la empresa adquirió la primera máquina totalmente automática, la misma que permitió incrementar la producción a un promedio de 36 botellas
1996 la empresa adquiere una línea de embotellado alemana marca Krones, totalmente automática y computarizada, que embotella un promedio de mil botellas por minuto en el tamaño mediano.
El avance tecnológico en materia de procesamiento de bebidas, empacado, control de calidad y gestión de los desechos es permanente. Hoy en día las redes de información facilitan la difusión internacional de la tecnología del procesamiento de bebidas. Aunque muchas organizaciones internacionales y empresas acopian información sobre disponibilidad, costo y transferencia de tecnología, y la difunden, es importante asegurarse de que los trabajadores que la utilizarán tengan la formación que les permita manipular adecuadamente las nuevas máquinas de la empresa y tengan conocimiento de estas máquinas. .
En la actualidad las embotelladoras están presentes en casi todo el mundo, generan gran productividad y empleo, asimismo son proyectos de estudio en busca de un mejor rendimiento para satisfacer las necesidades cada vez más exigentes y que requieren de mayor productividad y rapidez.
La industria de la bebida latinoamericana está pasando por una evolución Importante en términos de productos ofrecidos y empaque utilizado, esta compañía ha sido forzada a elaborar productos que puedan ser adaptados a diversos requisitos.
La rápida expansión de la industria de la bebida ha atraído la atención de los principales participantes de la industria embotelladora, la producción y la comercialización del equipo para el embotellado se han convertido en un asunto internacional y los embotelladores de América latina pueden escoger de equipos fabricados dentro y fuera de la región. Gracias al establecimiento de varias plantas de producción es posible abastecer el equipo embotellador que está diseñado para las necesidades específicas de cualquier mercado de bebidas.
En el Perú la corporación LINDLEY a invertido en el último año 10,5 millones de dólares en nuevos equipos de embotellamiento. Entre los principales proyectos de dicha empresa se encuentra el de la construcción de una "megaplanta" de embotellamiento de gaseosas y fabricación de envases plásticos.
El constante esfuerzo desarrollado por el clan Lindley ha logrado que sus productos, y especialmente Inca Kola, se encuentre en casi la totalidad del país, a través de embotelladores en la Costa, en la Sierra y en la Selva; inclusive en el exterior se puede encontrar Inca Kola en dieciocho estados de los Estados Unidos de Norteamérica, en otros países de la región latinoamericana como Chile, Bolivia, Ecuador, Costa Rica, Panamá, República Dominicana, Puerto Rico así como en varios países deEuropa ( como España, Italia o Francia ) o algunos de Asia ( como por ejemplo Japón o China ).
Esta progresiva y exitosa expansión puede adoptarse como un argumento más que avala el deseo por hacer llegar este refresco a todos los rincones del mundo.
En un futuro las plantas embotelladoras serán totalmente automatizadas, cabe resaltar que las plantas embotelladoras pueden disminuir la cantidad de trabajadores por su automatización reduciendo mano de obra pero que en su evolución generan una proyección futurista ya que porta innovación y crecimiento tecnológico teniendo en cuenta la proliferación de nuevos conocimientos para el mejoramiento de embotelladoras más eficaces y creando así un reto para la ingeniería que debe estar en constante crecimiento con la demanda de la sociedad.
Un buen ejemplo de las embotelladoras en el futuro es la mega planta AJEMEX (De la familia Añaños) ubicada en México, dicha planta tiene cuatro líneas de embotellado (totalmente automatizadas) y una quinta que se encuentra en prueba. Sorprende la casi inexistencia de personal al interior de la misma y la presencia de gigantescos robots, que realizan casi todo el trabajo.
También en un futuro se espera que las plantas industriales funciones con energía renovable, tales como: paneles solares, energía eólica y entre otras fuentes de recursos que sean ecológicos, beneficiando tanto como a las empresas y a la conservación de nuestro planeta.
Ejemplo de ello, Coca Cola anuncio que en su planta embotelladora de agua en Heidelberg en Sudáfrica se instalara energía solar. La potencia que tendrá este sistema es de 30 kilovatios por lo que podrá generar 50.000 kw/h al año
Con esta instalación fotovoltaica se podrá reducir 29,5 toneladas de CO2 al año, además de reducir la dependencia a la red eléctrica local. Lo cual no es un tema menor al contrario es un tema de mucha importancia, ya que hay muchas regiones en este país que no cuentan con luz eléctrica por lo que la electricidad es cara en estas regiones y las personas que habitan en este lugar no tiene el dinero necesario para poder pagar este servicio de electricidad.
Este país africano cuanta con una enorme capacidad para generar energía a través de la fuente solar ya que la radiación que llega anualmente solo en Johannesburgo es de 2000 kilovatios/ hora por metro cuadrado.
Lo cual es realmente muy positivo ya que es un recurso natural que se puede sacar el provecho al máximo, y esto reduciría la contaminación en el planeta.
Las empresas y las personas en forma individual deberían usar esta fuente de energía para poder abastecer sus necesidades de electricidad lo que mejorara el desarrollo económico del país, la calidad de vida de la población y se reducirá la contaminación ambiental procedente del sector energético.
Es importante que una empresa tan importante como Coca Cola realice este tipo de proyectos ya que ayudara a fomentar el uso de energía limpia y en especial la energía solar.
Así siendo un ejemplo de como una empresa pueda aprovechar la radiación que afecta al planeta y sobre todo a sus habitantes y poder utilizarlo de una manera ecológica.
Es importante para que las empresas utilicen los recursos naturales renovables ya sea de esta forma u otra forma, puedan ayudar a reducir la contaminación que está afectando en mundo y sobre todo a nosotros mismos ya que en una encuesta las industrias y empresas están en la lista de los que más contaminan y por eso es necesario que proyectos como este estén haciendo aplicado para así poder ayudar a reducir la contaminación que afecta al nuestro planeta tierra.
Principales plantas embotelladoras en el Perú
Embotelladora
MARCA
ELSA
Coca Cola
Coca Cola Light
Fanta
Fanta Piña
Sprite
Kola Inglesa
San Luis
San Antonio
Schweppes
Corporación Lindey
Inka cola
Inka cola light
Inka cola diet
Crush
Bimbo break
Industrias Añaños
Kola real
Sabor de oro
Plus cola
cielo
Embotelladora Rivera
Concordia
Triple cola
San Carlos
Pepsi
evervess
Embotelladora Latina
Don Isaac
Fiesta cola
Agua luna
Peru cola
Demanda de las bebidas
Para estimar la cantidad de unidades a consumir, se realizó un análisis de las proyecciones de Oferta y Demanda, las cuales se determinó los litros de bebidas producidas que se muestran en el siguiente gráfico.
Este gráfico estadístico se demuestra la cantidad de litros producidos entre los años 2000 hasta mediados de julio del 2014.
2) Proceso de embotellado
2.1) Preparación del envase
Preparación envase no retornable
La botellas son transportadas por medio del transportador neumático desde la sopladora de botellas si el envase es soplado en planta o desde la despaletizadora de bultos si es comprado de un proveedor externo.
El envase llega a la maquina enjuagadora donde es rociado por una cantidad pequeña de agua blanda clorada para eliminar cualquier agente contaminante, durante este proceso cada 30 minutos los auditores de calidad realizan la medición de parámetros correspondientes al proceso de enjuagado para verificar que se cumplan con los requerimientos de limpieza escritos en los procedimientos, luego si los parámetros están dentro de especificaciones el envase continua hasta la llenadora de botellas, ver anexo 1.
Preparación de envase retornable
El envase Repeft o Vidrio (ambas retornables) vienen en cajas las cuales son traídas desde el área de despacho, las cajas son sacadas de los pallets por la maquina desplazadora y conducidas hacia la maquina desencajonadora que saca las botellas de las cajas y estas son transportadas hacia la maquina descapsuladora que se encarga de sacar las tapas viejas de las botellas.as botellas sin tapas son transportadas hacia una pantalla de pre inspección donde se encuentran 2 operadores que ven las condiciones de las botellas si están rotas o tienen una rajadura estas botellas serán apartadas por no estar en buen estado, pero también se fija en los contenidos que hay en la botella antes de llevarlas a la máquina de lavado tienen que estar vacías y no tengan productos extraños en su interior, sino están aptas son clasificadas para ser re clasificadas, si cumplen con las especificaciones avanzan gasta la lavadora de botellas.
En la lavadora pasan por un proceso de pre lavado, lavado y enjuague en una mezcla de agua con soda caustica y agua tratada para lo que concierne al enjuague. Se hace un muestreo del envase lavado cada 30 minutos y si se encuentra alguna novedad se para el proceso hasta corregir, de estar todo dentro de especificaciones el envase lavado continua hacia el Inspector electrónico que se encarga de clasificar el envase y su función principal es rechazar botellas dañadas o con objetos extraños difíciles de apreciar en la pantalla de pre inspección, de aquí el envase es enviado a la llenadora. Ver anexo 2
2.2) LLENADO
De acuerdo a lo planificado en el programa de producción se envasa el sabor de bebida que viene desde el área de sala de jarabe por medio de bombas centrifugas, al llegar a los equipos de frío sean estos se empieza a hacer la mezcla de agua y jarabe para alcanzar los grados Brix deseados dependiendo el producto que se vaya a envasar, estos parámetros son monitoreados por una pantalla digital que tiene cada equipo y de manera manual cada 30 minutos por los auditores de calidad.
Con los parámetros en orden la bebida recircula por un tanque para ser carbonatada y es enviada por medio de bombas a la llenadora de botellas donde por medio de un sistema de llenado mecánico (igualación de presiones-llenado y despresurización) llena la botella y esta pasa al coronador o capsuladora dependiendo el tipo de envase para luego pasar a ser codificada en este paso se imprime en la botella la fecha de elaboración y caducidad, en que línea de embotellado se realizó y la hora.
Se realiza un muestreo cada 15 minutos de un grupo de botellas para revisar sus parámetros (contenido neto, concentración de CO2 y grados Brix, revisión de características de lo códigos) para luego ser la botella transportador para el empaque por medio de bandas transportadoras de botellas. Ver anexo 3
2.3) EMPACADO
Si la botella es de envase no Retornable pasa por transportadores hacia la termoformadora donde dependiendo el formato (6-9-12 unidades) se le coloca un plástico al grupo de botellas y pasa a ser este termoformado lo que ayuda a que el plástico que esta sobre las botellas se adhiera a las mismas para formar el paquete.
Si la botella es envase retornable pasa hacia la maquina encajonadora la cual se encarga por medio de un sistema de agarre individual de botellas de colocarlas sobre las cajas plásticas.
Los paquetes o cajas son movidos por medio de trasportadores de cadenas hacia la máquina paletizadora aquí se colocan los fardos o cajas sobre los pallets formado 4 pisos, se identifica el pallet con No. y fecha y por medio de montacargas son llevados y entregados al área de logística don se entregan a la bodega de producto terminado. Ver anexo 4
2.4) CAPACIDAD ACTUAL DE PRODUCCION
La producción de bebidas gaseosas se la realiza en las seis líneas de producción y se la distribuye en cada una de ellas de acuerdo al tipo de formato o envases para lo cual están diseñadas cada una de las llenadoras de botella. El presupuesto diario que tiene establecida La planta viene dado de acuerdo a los requerimientos del Área Comercial.
La capacidad de producción de cada una de las líneas se la mide en base velocidad de llenado (botellas por minuto) de las máquinas Llenadoras de Botellas. Cada máquina tiene una capacidad determinada dependiendo del formato del envase lo cual determina la cantidad de cajas o fardos teóricos que se han de producir. En el cuadro que se representa a continuación se describe los formatos que se producen en cada una de las líneas de embotellado con sus respectivas velocidades representadas en CPH (cajas por hora) y BPH (botellas por hora)
3) Control de calidad del proceso
Durante todo el proceso de embotellado, debe llevarse diversos controles de calidad; que permitan conocer, desde la calidad del lavado del envase hasta la apariencia y conservación del producto final.
En el proceso de embotellado de bebidas gaseosas, existen diversos controles de calidad, rendimientos y capacidad del proceso; de esta manera, se identifican las causas de los efectos negativos ocurridos en un periodo determinado; durante el proceso productivo.
Por esto el control de mermas de producción en forma específica y minuciosa se
Hace indispensable; puesto que, permite tomar las acciones correctivas en el momento indicado si fuere necesario, para lograr resultados que no excedan los establecidos para cada producto o proceso. Este control revela las fallas y los motivos.
3.1) Pruebas del producto
Concentración o densidad del jarabe (brix ) .- En esta prueba se mide la densidad del azúcar en el jarabe. Su determinación debe ser precisa, para cumplir con las especificaciones. Para esto, las mediciones se realizan tomando, al azar, botellas envasadas cada cierto tiempo, en este caso son cada 30 minutos: se hace uso de un densímetro y un termómetro Fahrenheit. Primero se elimina el gas de la muestra, agitando constantemente, y luego; el líquido, es vertido en una probeta, en la que se introduce un densímetro y un termómetro; con estas mediciones, y haciendo uso de una tabla preestablecida se determina la densidad o brix.
Carbonatación.- Consiste en determinar el contenido y concentración de gas carbónico en la bebida, que debe estar con la correcta altura de llenado.
Para esta prueba se utiliza un manómetro y un termómetro, la botella se agita por 25 segundos aproximadamente, se perfora la tapa con un equipo especial y se mide hasta que la presión llegue a 0 psi., se vuelve a agitar y se toma la medición. Después se introduce el termómetro por el orificio en la tapa y se toma la Temperatura. Finalmente con los valores de presión y temperatura se determina el volumen de carbonatación de la bebida. Los controles de brix y carbonatación, son muy importantes, por esto se debe calibrar y comprobar el buen funcionamiento de los equipos utilizados en su medición. Otros controles realizados al producto son: Coronado encapsulado hermético, apariencia, sabor y olor.
3.2) Pruebas del agua
· Sabor y Olor.- No debe tener ningún olor ni sabor; porque, origina en la bebida un sabor censurable.
· Turbidez.- Debe tener como máximo 5.0 P.P.M.; ya que, origina sabor censurable y decoloración en la bebida.
· Algas y protozoo, levadura y mohos.- No debe tener ninguno; ya que, origina además de sabor censurable en la bebida, sedimento y deterioro.
· Alcalinidad.- Máximo 50 P.P.M.; porque, neutraliza el ácido de la bebida.
· Dureza total.- Verifica el control del buen trabajo de los ablandadores
3.3) Lavado de envases
· Causticidad.- No debe haber ningún residuo cáustico en la botella lavada
· Residuo de detergente.- No debe tener.
· Temperatura de soluciones.- Verifica que la temperatura en la lavadora sea la adecuada para no tener problemas de choque térmico cuando la botella entre a la llenadora.
· Suciedad y mohos.- Se hace pruebas con azul de metileno para descartar su presencia.
3.4) Pruebas bacteriológicas
Se realizan periódicamente para evitar la formación de mohos y hongos en la sala de embotellado
4) Elementos de una Instalación Automatizada
4.1) Máquinas:
Son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados y transformaciones de los productos o materia prima.
4.2) Accionadores:
Son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser:
Accionadores eléctricos: Usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electro válvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, entre otras.
Accionadores neumáticos: Usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, válvulas, y más.
Accionadores hidráulicos: Usan la energía de la presión del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.
4.3) Pre Accionadores
Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, entre otros.
4.4) Captadores
Son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer el estado del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.
4.5) Interfaz hombre-máquina
Permite la comunicación entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados y visualizadores.
4.6) Elementos de mando
Son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autómata, y conforman la unidad de control.
4.7) Grado de automatización
La importancia de la automatización, se distinguen los siguientes grados:
Aplicaciones en pequeña escala como mejorar el funcionamiento de una máquina en orden.
b. Mayor utilización de una máquina, mejorando el sistema de alimentación.
c. Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina.
d. Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de magnitudes simultáneamente.
e. Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas.
f. Procesos automáticos en cadena errada con posibilidad de autocontrol y auto corrección de desviaciones.
g. En la automatización no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que justifican y hacen necesario la implementación de estos sistemas, los indicadores principales son los siguientes:
Requerimientos de un aumento en la producción
Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos
Necesidad de bajar los costos de producción
Escasez de energía
Encarecimiento de la materia prima
Necesidad de protección ambiental
Necesidad de brindar seguridad al personal
Desarrollo de nuevas tecnologías
h. La automatización solo es viable si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, estas son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema.
i. La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose resaltar las siguientes:
Se asegura una mejora en la calidad del trabajo del operador y en el desarrollo del proceso, esta dependerá de la eficiencia del sistema implementado.
Se obtiene una reducción de costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al mantenimiento.
Existe una reducción en los tiempos de procesamiento de información.
Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible y multifabricación).
Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso.
Se obtiene un mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso.
Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos.
Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y autodiagnóstico.
Aumento en el rendimiento de los equipos y facilidad para incorporar nuevos equipos y sistemas de información.
Disminución de la contaminación y daño ambiental.
Racionalización y uso eficiente de la energía y la materia prima.
Aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección alos trabajadores.
5) PLC (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE)
5.1) Definición
Un PLC (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo que fue inventado con el propósito de remplazar los circuitos secuenciales relevadores para el control de la maquinaria. Su funcionamiento básico consiste en que sus salidas estarán en on/off dependiendo de los estados de sus entradas. El usuario debe introducir un programa, usualmente vía software, para obtener los resultados deseados.
5.2)Alimentación del PLC
Se alimenta en dos estados así:
Alimentación en DC.
Como cualquier dispositivo electrónico, el PLC debe ser alimentado para que pueda trabajar. Las conexiones deben realizarse con extremo cuidado, pues de lo contrario pueden producirse accidentes o daños al equipo. Los módulos típicos del PLC están diseñados para trabajar con 5, 12, 24 y 28 volts
.
Alimentación en AC.
En conexiones de voltaje alterno o variable con el tiempo no se tiene una polaridad en el mismo, por lo que el usuario no debe preocuparse por voltajes positivos o negativos. Sin embargo, el trabajar con voltajes de AC sigue siendo peligroso si no se trabaja con cuidado.
5.3) Estructura interna de un PLC
Un PLC está compuesto por una serie de módulos y cada uno de ellos asegura una función precisa:
a. CPU: La unidad de tratamiento o CPU es la parte inteligente del controlador.
Ejecuta de modo continuo el programa en función de los datos contenidos en la memoria. El CPU puede ejecutar unas centenas de millares de instrucciones por segundo.
b.Memoria: La memoria, se encuentra dividida en dos partes.
Una memoria "programa" (data storage) en la que están almacenadas las instrucciones del programa a ejecutar.
Una memoria de datos en la que están almacenados los resultados intermediarios de cálculos y los diversos estados.
Todas las variables y parámetros de medición entran y salen del PLC a través de un Bus de Entradas/Salidas.
Relevadores de entrada: Existen físicamente y son externos al controlador; se conectan al mundo real y reciben señales de sensores, switches entre otros.
Relevadores internos de utilidad: Físicamente no existen, sino que se encuentran simulados vía software, son completamente internos al PLC, por lo que los externos pueden eliminarse o remplazarse. Algunos de estos relevadores son de función específica.
Contadores: No existen físicamente, son simulados por software y se les programa para contar pulsos de señal. Típicamente, pueden contar ascendentemente, descendentemente. Su velocidad de conteo se encuentra limitada ya que son elementos simulados.
Timers: Físicamente no existen. Los incrementos en la cuenta del timer varían desde 1ms hasta 1 segundo.
Relevadores de salida: Son componentes externos que se conectan al mundo real; mandan señales de salida de on/off y existen físicamente; pueden ser transistores, relevadores, triacs, etc. todo depende del modelo que se halla escogido . Su función principal es como almacén de información y datos cuando la alimentación es removida del PLC.
5.4) ventajas de automatizar con PLC
Desde el punto de vista de costos, aprovechamiento de espacios, flexibilidad y confiabilidad, los PLC's ofrecen diversas ventajas sobre todos aquellos dispositivos del tipo mecánico:
Menos constituyentes: La sustitución de todo el cableado ocasiona una ganancia en volumen, en dimensiones y una simplicidad de empleo.
Así mismo, el sistema en general se vuelve más confiable al tener cada vez menos piezas mecánicas.
Menos conexiones: Los cableados se reducen drásticamente a sólo tener los captadores, que son todos aquellos elementos y dispositivos que monitorean y conducen las señales al PLC, como son sensores, switches, entre otros, el PLC o la etapa de control y finalmente la carga o los dispositivos a controlar que pueden ser los actuadores.
Más funcionalidades: Al trabajar con elementos programables, se tiene una mayor flexibilidad para cambiar los programas y las funciones según las necesidades de la industria, es decir, se adaptan a los cambios en el progreso.
Mayor comodidad: El programa construido especialmente para una máquina puede ser duplicado y aplicado en toda una gama de máquinas que se encuentren trabajando en serie. Esto reduce costos, reduce tiempo del operador o programador y lo hace una herramienta más que útil y versátil en la rama de la industria. Además al trabajar con elementos programables, se tiene una mayor inmunidad a las señales de ruido, los sistemas son más "rudos", es decir que están garantizados en un 100% contra errores y fallas y son flexibles y accesibles en general.
Modelación y Simulación
La simulación es una técnica que puede usarse para formular y resolver una clase amplia de modelos. La clase es tan amplia que se ha dicho, "Si todo el resto falla, la simulación es la prueba para la solución". Los modelos de la Simulación incluyen los juegos comerciales, simuladores analógicos, y simuladores del vuelo, todos representan una situación real por lo que se refiere a un modelo. En este capítulo, la discusión de simulación se limitará a la simulación de la computadora a problemas de decisión.
La simulación es típicamente usada para modelos dinámicos que incluyen periodos de tiempo múltiples. Con el tiempo se han incrementado los modelos de simulación dinámicos de uno periodo de tiempo o un evento. De esta manera puede evaluarse el efecto de decisiones sucesivas.
La simulación debe usarse en situaciones dónde es demasiado caro o demasiado difícil experimentar en la situación real. En estos casos, pueden probarse los efectos de una decisión en un modelo de simulación antes de la decisión se lleve a cabo. Un gran número de situaciones ha sido simuladas de esta manera, incluso el flujo de pacientes en las clínicas, el funcionamiento de una distribución física conectada en una red de computadoras, la organización de planes de estudios en las universidades, procesos de una fábrica, llegadas y salidas de todos los tipos (las naves, el avión, los estudiantes, los embarques de sangres, etc.), para nombrar sólo algunos. La simulación es frecuentemente útil resolviendo problemas de formación de colas de espera; que han complicado modelos de la llegada, distribuciones de servicio, o comportamientos de la línea. Los problemas de la formación de colas de espera simples pueden ser resueltos por métodos analíticos.
Se empezará este capítulo con un ejemplo simple de simulación. Esto se seguirá por una discusión del método de la simulación general, y algunos comentarios en los usos de simulación en sus diferentes funcionamientos.
CONCEPTOS EN SIMULACIÓN
Con la finalidad de comprender la simulación; a continuación se plantea un sencillo ejemplo para que tenga una mejor simulación; que relaciona la producción de una planta embotelladora con una tienda, en la que se expenden sus productos. Un producto que se ofrece es del tamaño 6.5 onzas. Se quiso determinar cuánta bebida debe pedir cada vez para aumentar al máximo sus ganancias. Si pidiera demasiado poco, existe sobrante de la capacidad. Si pidiera demasiado, el exceso, perdería varias oportunidades de ventas, e incluso incrementaría su inventario innecesariamente. Para la simplicidad, nosotros asumimos que todo el producto que no se venda hasta el próximo pedido, se perdería. (En la vida real, el producto sobrante se vende sin problemas siempre y cuando no exceda el tiempo de vencimiento)
Simulación de la embotelladora
En las figuras siguientes se presentan algunas pantallas de la simulación para la embotelladora:
Llenado y tapado
Se han efectuado 3 réplicas del proceso; desde el lavado hasta el embotellado y encajonado. Veinticuatro botellas son colocadas en una caja y se juntan en total 54 cajas que esperan ser transportadas por un truck
Hardware
Lavado:
Lavado se define como limpiar algo con agua u otro líquido. Esta etapa se maneja con un actuador (MOTOBOMBA) y un final de carrera ubicado a la entrada de la etapa, cuando la botella ubicada sobre la banda transportadora
(CADENA) activa el final de carrera activa la motobomba, ésta succiona agua del tanque ubicado en la parte inferior del módulo para posteriormente pasarla al sistema de riego, consiste básicamente en una varilla de cobre con unas boquillas distribuidas a lo largo de la misma, la varilla está ubicada en la parte superior de la banda transportadora, por tanto al pasar una botella por debajo de ella es lavada, es importante tener en cuenta que hay que disminuir el caudal del agua que pasa por las boquillas para no ocasionar mayor dispersión de agua, puesto que se puede filtrar dentro del módulo y aumentar la corrosión u oxidación de elementos y etapas adyacentes a ésta, para evitar esto se lleva a cabo un método utilizado a nivel industrial que consiste en adicionar un obstáculo (CORCHO) en las mangueras de succión de la motobomba con el fin de disminuir el caudal de agua hacia el sistema de riego.
El tiempo que mantiene encendida la motobomba puede ser modificado por el operario desde la pantalla táctil, la escala de tiempo se introduce multiplicada por 10, es decir, si es un segundo se introduce el número 10, si fuesen 5 segundos se introduce 50 y si fuesen 50 segundos se introduce 500, cada vez que sea pulsado el final de carrera se reiniciará el tiempo de lavado.
Con el fin de hacer cíclico el proceso, se procede a posicionar el tanque de donde se succiona el agua para el lavado, debajo de la etapa, para que el agua que sale de las boquillas vuelva al tanque, eso permitirá que el agua se mantenga más tiempo dentro del tanque.
Para evitar que el agua ocasione daños a dispositivos, se colocan paredes de vidrio que eviten la salida de agua hacia los extremos de la banda transportadora, asimismo unas barandas ayudan a soportar la botella con el fin de que no pierda el equilibrio al ser golpeada por el agua en la etapa de lavado ó por perturbaciones externas.
En procesos industriales similares, en los que se utiliza agua para un motivo especifico, es complicado mantener un aislamiento total con el agua de todos los dispositivos, en nuestro proceso el agua que lava las botellas, también moja la banda transportadora, debido a que pasa por todas las etapas, sin duda alguna se filtrará una pequeña cantidad de agua a la base del módulo, que por varias pruebas realizadas no se observaron daños en el proceso ni en los dispositivos que lo componen.
Para esta etapa la motobomba succiona agua del tanque inferior del módulo y posteriormente lo lleva a la varilla de cobre por medio de una manguera plástica transparente, inicialmente a la varilla de cobre se le hicieron unos orificios para que el agua saliera en forma de regadera ó algo proporcional, la motobomba envía el agua con una presión considerablemente alta y los orificios no eran uniformes y ocasionaban que el agua se dispersara al módulo y ocasionaba que todo se mojara, para dar solución a esto, a la salida de la motobomba se ingresó un corcho de madera que disminuye la cantidad de agua que pasa por el orificio y en la varilla se colocaron unas boquillas para que el agua cayera de forma uniforme.
Secado
Secado se define como hacer que algo o alguien se quede sin humedad. Esta parte representa la segunda etapa dentro del proceso, según otra definición, el secado consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido (botella) con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo (esta función es la que se hace en la etapa de secado del módulo.
Esta etapa está compuesta por dispositivos electrónicos como: un motor C, un sensor infrarrojo y tres finales de carrera, inicialmente la botella proveniente de la etapa de lavado viene llena de agua debido a que las boquillas están por encima de la botella, al entrar en una cabina metálica que es de un tamaño mayor al de las dimensiones de la botella, la luz infrarroja es interrumpida por la presencia de la botella dentro de la cabina, cabe destacar que el receptor del sensor infrarrojo está ubicado de forma diagonal a la cabina.
En ésta etapa el sensor que mide el nivel líquido de la botella estaba ubicado debajo de la válvula, es decir, muy alto y el líquido se regaba debido a que lo detectaba demasiado tarde ó detectaba el líquido que salía de la válvula, la solución fue ubicar con masilla el sensor de forma diagonal a la botella que se está llenando e independiente al tanque con el fin de detectarlo a tiempo y evitar que detectara el líquido que sale de la boquilla de la válvula.
Sin duda alguna la mayoría de sistemas y máquinas industriales son afectadas, tanto por el ruido como por las vibraciones mecánicas presentes en el ambiente de trabajo de la máquina, en nuestro caso nos afectan las vibraciones, debido a que cuando la botella se está llenando y otra tapando, el giro del motor de tapado hace que el sensor de llenado se mueva y por tanto lo activa antes de tiempo, esto se mejoró tratando de dejar fijo el sensor de nivel.
Tapado
Se define como cubrir lo que esta descubierto ó abierto. Dentro del proceso se refiere a la etapa en que las botellas se tapan para terminar este ciclo.
Sin duda alguna ésta es una de las etapas más complicadas del proceso, en la industria de embotelladoras hay demasiadas maneras de realizarla, pero el objetivo es disminuir costos y que los dispositivos utilizados sean accesibles.
LLENADO
En esta etapa es donde las botellas se tienes que llenar al mismo nivel y sin que el líquido de la válvula se derrame.
Primero las botellas deben estar en la banda trasportadora que los llevara a la máquina de llenado en donde la banda trasportadora se detendrá debajo de la válvula,
Después las botellas tienen que estar debajo de la boquilla de la válvula, ahí es cuando la banda trasportadora se detiene y la válvula se activa haciendo que el líquido empiece a salir.
El sensor de nivel que tiene una ubicación estratégicamente, cuando la luz se refleje hacia el receptor del sensor esta será la señal para que la válvula se cierre, el sensor de nivel avisara cuando la válvula se cierra.
Después de realizarse todo este proceso la banda trasportadora se enciende y continúa con el siguiente.
Sin duda la mayoría de las maquinas industriales son afectadas por el ruido y también por las vibraciones mecánicas presente en el ambiente de trabajo de las maquinas, en este caso nos afectan las vibraciones, debido a que cuando la botella se esté llenando y otra la esté tapando, hace que el sensor de llenado se mueva y por lo tanto se active antes de tiempo, esto provocaría un desperdicio de producto, peor se mejoró tratando de dejar fijo el sensor de nivel y pueda operar tranquilamente sin que le afecte las vibraciones.
La electroválvula que se usó inicialmente, se le hicieron modificaciones de tipo mecánico, ya que normalmente se utiliza la presión con la que el agua salía. La válvula se mantenía cerrada debido a un resorte que le ejerce fuerza al vástago que entra y sale del solenoide, cuando la válvula es energizada a 110Vac el Vástago sube y se comprime el resorte ocasionando que se abra, así mismo la presión ocasiona que el empaque en la boquilla de salida se levante y deje pasar el liquido
TAPADO
Esta es la última etapa en donde se considera que es la más complicada de todo este proceso de la industria embotelladora, existen varias manera de realizar este último proceso. Lo que quiere toda empresa es reducir los costos, para que este precio sea accesible.
El diseño es propio de la empresa y está compuesto por un motor DC , cuatro solenoides, tres finales de carreras y un sensor infrarrojo, el proceso empieza cuando se active el final de la carrera a la entrada de la etapa, este hace que la estructura de tapado sea levantada por los dos solenoides ubicados en la parte superior de la máquina, al seguir avanzando la banda trasportadora, la luz infrarroja que va del led emisor al receptor del sensor es interrumpida, la ubicación del sensor es debajo del dispensador de tapas, una vez activado el sensor se aprieta la botella energizando un solenoide ubicado en la parte inferior de la máquina, la tapa(está en la estructura) se deja caer con la activación del solenoide montado en el dispensador que esta junto con la estructura y empieza el ciclo del tapado que consiste en girar el motor DC, demora un segundo hacer girar la tapa, activado un final de carrera que a su vez incrementa un contador hasta llegar a las doce pulsadas, terminando el conteo.
La estructura se levanta se desenergiza el solenoide y suelta la botella y la banda trasportadora se empieza a mover, en la salida de esta etapa está situado el tercer final de la carrera el cual reiniciara todo para que recibir otra botella para volver iniciar el proceso.
PLANTA DE EMBOTELLADO.
Se pretende realizar un automatismo aplicando el sistema híbrido entre Autómata Programable y Controlador Borroso, el primero para manejar el sistema de control y el segundo para el tratamiento de alarmas, que permita efectuar el llenado y transporte de cierto líquido de la
Línea de Proceso de Transformaciones Vegetales en la
Planta de Alimentos de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad La Gran Colombia, Seccional Armenia, formado por la mezcla de dos componentes A y B. Para ello se dispone de una instalación.
Componentes
Se dispone de dos depósitos (A y B), cada uno con sensores de nivel (S3 y S4) y electroválvulas monoestables (V4 y V5) que permiten realizar el llenado.
Los dos depósitos vierten sobre otro más pequeño (C) con capacidad para 0.900 litros, por medio de las electroválvulas V2 y V3. El depósito (C) posee un sensor de nivel capacitivo cuyo transmisor envía una señal analógica entre 0 y 10 Voltios, proporcional al volumen contenido. Con el objeto de homogeneizar la mezcla durante el proceso de llenado, se activa el motor de mezcla con cambio automático de sentido de giro cada 10 segundos. Cuando se alcanza el máximo nivel, continúa activo el motor de mezcla y comienza la etapa de calentamiento (R), que tiene como propósito la eliminación de microorganismos por diferencia de temperatura. Cuando ésta alcanza el valor marcado en el termóstato, se produce una señal digital (TMP) que desactiva el motor de mezcla, la resistencia térmica y activa la válvula (V1), iniciándose el proceso de vaciado sobre la botella. Ésta es transportada por una cinta desde el punto de llenado en el que se encuentra un sensor de posición (SP). Una vez hayan procesado 4 botellas, se procede al llenado de los depósitos A y B.
Panel de mando
Está formado por los siguientes elementos, como seilustra a continuación:
Pulsador de marcha (Pm).
Pulsador de parada (Pp): el operador lo activa en cualquier momento del proceso, pero la orden se ejecuta sólo cuando los tanques A y B se encuentran vacíos.
Pulsador de Continuar (Pc): Para continuar con la automatización si ha sido congelada por la activación de una alarma.
Pulsador de Emergencia (Pe): El sistema congela el automatismo mediante una zeta de emergencia en el pupitre de control. El operador indica la finalización de la situación de emergencia al rearmar la zeta de emergencia.
Lámparas LASC, LASN para la supervisión del sistema.
Gestión de Alarmas
Las situaciones en las que se debe producir una alarma en el sistema son:
Si estando en la fase de calentamiento del depósito C, se detecta que el termostato no responde antes de 100segundos, el sistema debe encender una lámpara
(LASC) con frecuencia de 1 Hz.
Si durante la fase de llenando, el nivel supera los 0.900 litros, el sistema debe encender la lámpara (LASN) con frecuencia de 1 Hz.
En cualquiera de los anteriores casos, el autómata congela el proceso. Solucionado el problema, el operador actúa sobre el pulsador de CONTNUAR para desactivar la alarma y continuar con el proceso.
Arquitectura gestión de alarmas.
Este sistema inteligente ha sido diseñado para monitorizar y analizar diversos tipos de fuentes de información, es decir, medidas recibidas de forma continua y automática a través de un sistema de adquisición de datos de sensores instalados en la planta.
Todos estos datos son analizados por medio del uso de modelos de comportamiento normal implantados principalmente mediante técnicas de Lógica Borrosa. Los modelos funcionan de tal forma que cada uno predice la evolución de sus variables de salida en función de la evolución de sus variables de entrada, en condiciones consideradas como habituales o de funcionamiento normal de la planta. A partir de estos modelos de comportamiento normal de los componentes de la planta, se puede detectar anomalías o desviaciones entre el comportamiento real y el esperado como normal para las condiciones de trabajo existentes. Si se detecta alguna anomalía, el módulo experto de diagnóstico es activado y emite una serie de diagnósticos y acciones de mantenimiento a realizar de acuerdo a la anomalía detectada. Este modulo Experto de Diagnóstico esta basado en conceptos de representación del conocimiento e inferencia con Lógica Borrosa.
Una vez que el problema ha sido identificado, el sistema adaptará las acciones de mantenimiento de acuerdo a esta situación, atendiendo criterio de tipo técnico, es decir relativo al estado de salud de los componentes, criterios económicos y otros denominados criterios de oportunidad. En este sentido, los resultados que proporcionan son: Diagnostico de fallas y acciones de mantenimiento que corrigen o eliminan las anomalías detectadas. Para el caso particular de la planta de embotellado, se presenta la estrategia de gestión de alarmas, acotándolo o a las tareas de detección de anomalías y diagnóstico incipiente de fallos.
SOFWARE
PROGRAMACIÓN EN GRAFCET
El GRAFCET surge en Francia a mediados de los años 70, debido a la colaboración de algunos fabricantes de autómatas, como Telemecanique y Aper con dosorganismos oficiales, AFCET (Asociación francesa para la cibernética, economía y técnica) y ADEPA (Agencia nacional para el desarrollo de la producción automatizada). Homologado en Francia, Alemania, y posteriormente por la comisión Electrónica Internacional
(IEC 848, año 1988) Actualmente es una herramienta imprescindible cuando
se trata de automatizar procesos secuenciales de cierta complejidad con autómatas programables.
El GRAFCET es un diagrama funcional que describe la evolución del proceso que se quiere automatizar. Está definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la dinámica del comportamiento del sistema.
Aunque son innumerables las formas de combinar las posibilidades de un GRAFCET, la figura 1 resume las que se utilizan con más frecuencia. Las acciones de las etapas y las variables de las transiciones son ficticias, puesto que no se ha pretendido resolver algún problema concreto.
Símbolos y Reglas del GRAFCET
Como se observa en la figura, en las transiciones puede intervenir más de una variable. En general será una función lógica que tiene en cuenta solamente las variables que se necesitan para avanzar a la siguiente etapa, no importando el estado del resto de variables.
Además de las variables del proceso, en las transiciones puede intervenir el estado de otras etapas del esquema o de esquemas independientes, de modo que varias cadenas secuenciales podrán estar relacionadas por la consulta del estado de etapas.
Las acciones de las etapas no tienen porque corresponder necesariamente con el control de accionadores, también pueden representar acciones propias de programación, como conexión y desconexión de memorias, lanzamiento de temporizadores, control de contadores, ejecución de partes del programa que se encargan de tareas especiales como puede ser modificaciones de parámetros en procesos de regulación, selección de subrutinas, etc.
Especial atención merece las posibilidades de salto como repeticiones o selección de secuencia, así como las ejecuciones de secuencias simultáneas. En este último caso, cada secuencia avanza independiente, pero es obligada a esperar cuando se encuentra el cierre con doble trazo, aunque se cumpla la transición siguiente.
Dicha transición solo es tenida en cuenta cuando todas las secuencias simultáneas han finalizado.
En las etapas pueden ponerse varias acciones, bien en fila o formando una lista, pero el orden en que se coloquen no implica un orden de ejecución sino que todas se ejecutan a la vez. Sin embargo, algunas acciones pueden tener condiciones adicionales de ejecución,
H de etapa 10, cuya activación exige que esté activa la etapa 10 y a la vez, que se cumpla la condición "u" que tiene asociada. Entre otras cosas, esto permite establecer turnos de ejecución, obligando a que determinadas acciones se vayan activando solo cuando hayan terminado otras.
La norma establece una serie de principios para representar un GRAFCET, entre los que cabe destacar los siguientes: Las líneas descendentes no llevarán flecha y serán horizontales o verticales, a menos que de otra forma se aporte claridad al esquema. Se admiten los cruces, pero deben evitarse porque se pueden confundir con uniones de lineales.
DIAGRAMA FUNCIONAL GRAFCET DE LA
PLANTA DE EMBOTELLADO.
En las figuras se especifican las etapas en que esta dividido el diagrama GRAFCET y las acciones a realizar en cada una. También se especifican las condiciones de transiciones entre las etapas.
Diagrama general GRAFCET Nivel 1.
Diagrama GRAFCET Nivel 1,
Módulo Inteligente detección y diagnóstico de anomalías En este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo del automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes tecnologías utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las tareas que han de realizar los elementos escogidos. En este nivel completamos la estructura de la máquina y nos falta el automatismo que la controla.
GRAFCET de nivel 2
En este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET definirá la secuencia de actuaciones que realizará este automatismo. En el caso de que se trate, por ejemplo, de un autómata programable, definirá la evolución del automatismo y la activación de las salidas en función de la evolución de las entradas.
GRAFCET de nivel 3
GUÍA GEMMA
Un automatismo consta de dos partes fundamentales: el sistema de producción y el control de este sistema (ordenador, autómata programable, etc.). El control puede estar alimentado o sin alimentar; desde nuestro punto de vista, el estado sin alimentar no nos interesa pero sí hemos de estudiar el paso de este estado al otro.
Cuando el control está alimentado, el sistema puede estar en tres situaciones: en funcionamiento, parado (o en proceso de parada) y en defecto. Puede haber producción en cada una de estas tres situaciones; en funcionamiento sin ninguna duda pero también se puede producir cuando la máquina está en proceso de parada y cuando la máquina está en ciertas condiciones de defecto (a pesar de que tal vez la producción no será aprovechable).
La guía propone también los principales caminos para pasar de un estado a otro.
Grupo F: Procedimientos de funcionamiento
Este grupo contiene todos los modos de funcionamiento necesarios para la obtención de la producción; es decir los de funcionamiento normal (F1 a F3) y los de prueba y verificación (F4 a F6).
F1 Producción normal.
F2 Marcha de preparación.
F3 Marcha de cierre.
F4 Marchas de verificación sin orden.
F5 Marchas de verificación en orden.
F6 Marchas de prueba.
Grupo A: Procedimientos de parada
Este grupo contiene todos los modos en los que el sistema está parado (A1 y A4), los que llevan a la parada del sistema (A2 y A3) y los que permiten pasar el sistema de un estado de defecto a un estado de parada (A5 a A7). Corresponden a todas las paradas por causas externas al proceso.
A1 Parada en el estado inicial.
A2 Parada pedida a final de ciclo.
A3 Parada pedida en un estado determinado.
A4 Parada obtenida. Es un estado de reposo de la máquina diferente del estado inicial.
A5 Preparación para la puesta en marcha después del defecto.
A6 Puesta del sistema en el estado inicial.
A7 Puesta del sistema en un estado determinado.
Grupo D: Procedimientos de defecto
Este grupo contiene todos los modos en los que el sistema está en defecto tanto si está produciendo (D3), está parado (D1) o está en fase de diagnóstico o tratamiento del defecto (D2). Corresponden a todas las paradas por causas internas al proceso.
D1 Parada de emergencia.
D2 Diagnóstico y/o tratamiento de los defectos.
D3 Producción a pesar de los defectos.
El gráfico siguiente es una traducción del propuesto por la ADEPA en la GEMMA.
DESCRIPCIÓN BÁSICA
La parte de la máquina embotelladora que se explica a continuación, comprende las secciones de carga, llenado y taponado de las botellas.
FASES A Y B DE DISEÑO
La figura muestra esquemáticamente la máquina, con estas partes:
ESTACIÓN DE CARGA: Los recipientes llegan por una cinta y se transfieren a la cinta de máquina a través del cilindro neumático A.
AVANCE CINTA: La cinta de máquina avanza un paso con el cilindro B. El acoplamiento de piñón y cremallera avanza solo de izquierda a derecha, es decir, cuando el cilindro B retrocede no arrastra la cinta hacia atrás.
ESTACIÓN DE LLENADO: el llenado lo efectúa un dosificador volumétrico controlado por el cilindro C y una válvula D.
ESTACIÓN DE TAPONADO: La operación de taponado consiste en la transferencia del tapón mediante el cilindro G, aproximación mediante el cilindro E. el tapón queda retenido en el receptáculo, se retiran los cilindros G y E y posteriormente se rosca el tapón aproximando nuevamente E y haciendo girar el tapón mediante el motor neumático F.
SENSORES: Inicialmente se ha previsto que cada cilindro lleve un censor final de carrera, identificado por la misma letra (en minúscula) y el subíndice 1 o 0, según esté extendido o replegado. Así, por ejemplo, el sensor a1 indica cilindro A extendido y a0 cilindro A replegado. El cilindro E, como caso especial, lleva un detector
De presión (e1) para detectar que el tapón ha llegado a tope en la transferencia o durante el roscado del tapón al recipiente.
. Planta embotelladora: Secciones de carga, llenado y taponado.
En estas fases se han definido algunos accionamientos y sensores, pero no todos. A medida que se desarrolla el GRAFCET de base o al ir desarrollando los procedimientos de paro y marcha con el GEMMA, aparecerán probablemente nuevos sensores o podrá cambiar la filosofía de algunos accionamientos. Debe entenderse, por tanto, que el dibujo de la figura es el resultado final del diseño y que inicialmente algunos sensores como CP1, CP2, CP3 o incluso los pulsadores o receptores, de mando no estarían previstos en un principio.
El GRAFCET de base correspondiente al estado de producción normal, se representa en la figura 2. Este es un GRAFCET incompleto, puesto que se deben incluir en el los procedimientos de marcha y paro que nos dará el GEMMA y por ello no están todavía definidas ni siquiera las etapas iníciales.
. GRAFCET de base de la planta embotelladora (corresponde al estado de producción normal)
4.3 FASE C DE DISEÑO
Con ayuda del gráfico GEMMA se fijan los estados de marcha y paro que se consideran necesarios en la máquina. Todas estas situaciones se han previsto en la figura 3, en la cual se han considerado no necesarios los estados que aparecen tachados. Los estados previstos son los siguientes:
A1: (Paro en estado inicial) es el que queda representado en
F1: Cuando se pone en marcha la máquina se pasa al estado F1 (Producción normal) es decir, llenado y taponado en modo automático. En este estado el sistema seguirá la evolución del GRAFCET de base.
A2: (Paro a fin de ciclo) Puede pedirse en cualquier momento del ciclo y el sistema se detendrá en el estado A2.
F2: Cuando la máquina está vacía debe ponerse en marcha progresivamente (Marcha de preparación), de forma que cada estación arranque cuando le llega el primer recipiente (evitar derramar líquido).
F3: Debe poder vaciarse la máquina y llevarla al estado inicial (Marcha de finalización). La máquina debe ir parando progresivamente sus estaciones a medida que se vacía.
D3: Supongamos que la estación de taponado se prevé que pueda fallar, pero se decide pasar a un estado de (Seguir en producción con fallo), previendo que la operación se efectuará manualmente.
D1: El paro de emergencia prevé la detención de todos los movimientos y el cierre de la válvula D, para evitar cualquier derrame de líquido.
A5: Después del paro de emergencia se prevé una verificación y limpieza manual en un estado de (Preparación de arranque después de fallo).
F4: Se prevé un estado de (Marcha de verificación) para regular el dosificador y controlar el distribuidor de tapones.
A6: Se prevé un mando individual de cada movimiento para inicializar la máquina o verificar la marcha (En realidad se hacen coincidir los estados A6 y F4).
F5: Se prevé una (Marcha de verificación) de cada estación, efectuando un ciclo independiente de las demás.
Gráfico GEMMA completo para planta embotelladora.
.
4.4 FASE D DE DISEÑO
Con la ayuda del GEMMA se deben proveer ahora las condiciones de evolución entre los estados citados anteriormente. Al hacerlo nos damos cuenta de lo siguiente (En la figura 3 podemos ver las condiciones de transición entre estados):
Para poder efectuar la puesta en marcha y parada progresivas, requeridas en F2 y F3, se necesitan sensores suplementarios en cada estación para detectar la presencia del recipiente, CP1, CP2 y CP3.
Se obtienen también las necesidades de elementos de mando para el diálogo con el operador (pulsadores, selectores, etc.). Un esquema de estos elementos de mando se ha representado en la figura 4, indicando las señales que generan y que luego se incorporan al GEMMA como condiciones de transición.
Fuente. Autómatas Programables.
La opción de marcha en automático requiere una botonera de paro-marcha que genere la señal M de marcha en automático.
El estado D3 requiere un selector específico para indicar si la estación de taponado funciona en manual o automático. La señal se ha identificado como TM para taponado manual.
El estado F3 requiere poder detener la estación de trasferencia para vaciado. Se incorpora, pues, un selector con las opciones automático o vaciado. La petición de vaciado se ha identificado por la señal AA.
El estado F5 requiere una posibilidad de marcha en semiautomático para verificar el ciclo de cada una de las estaciones.
Se incluye también uno o más pulsadores de emergencia, aunque, como se ha dicho, éstos se tratan habitualmente bloqueando totalmente el sistema y no se considera al dibujar el GRAFCET.
Todo ello nos permite rehacer y completar el GRAFCET contemplando los procedimientos de arranque y parada, obteniendo el gráfico de la figura 5. Obsérvese que los estados A6 y F4 no están propiamente contemplados en el GRAFCET, ya que no forman parte de ningún ciclo. Por ellos se ha previsto una entrada en el estado A6, desde cualquier estado, de forma que basta que el selector de modo esté en manual para que pueda efectuarse cualquier movimiento de forma independiente con una serie de pulsadores previstos para tal efecto.
Figura 5. GRAFCET incluyendo los procedimientos de marcha-paro y fallo excepto paro de emergencia.
Como consecuencia de esta fase obtenemos, pues, el GRAFCET completo y a partir de éste se trata ya de elegir un sistema de mando e implementar las funciones lógicas, bien sea en un autómata programable o en un sistema cableado.
El GRAFCET completo no contempla la salida de cada etapa por paro de emergencia. El paro de emergencia debe tratarse como una función aparte, de rango superior, que detiene todas las salidas. En sistemas programables esto suele hacerse a través de alguna variable de sistema prevista para tal efecto y en sistemas cableados se suele cortar la tensión de mando.
GLOSARIO
Accionadores: son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje.
Automatización: la automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.
Captadores: son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer el estado del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.
Contactor: es un aparato de maniobra automática con poder de corte; por consiguiente puede cerrar ó abrir circuitos con carga ó en vacío. Se le define como un interruptor accionado ó gobernado a distancia por acción de un electroimán.
Electroválvulas: es un dispositivo electrónicamente basado en el funcionamiento del electroimán esto es, una barra ó vástago que se mueve en una trayectoria fija de acuerdo a la corriente que circula por la bobina que lo rodea.
Finales de carrera: los finales de carrera son captadores de conmutación electromecánica, la detección del objeto por medio del cabezal hace conmutar los contactos electrónicos. Instrumentación: es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar ó registrar variables de un proceso, con el fin de optimizar los recursos utilizados en este módulo.
Pre-accionadores: se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, entre otros.
Solenoides: el solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de élice(bobina) ó n número de espiras con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica.
Conclusiones
Con el estudio minucioso se logró identificar uno de los problemas que más afectan a la empresa, la cual está relacionada con la baja producción.
Por medio de la investigación que se lleva acabo se buscó dar solución a una de las problemáticas más comunes no solo en la baja producción sino que también en el manejo de las máquinas, también en la capacitación al personal de cada área determinada según su puesto de trabajo.
En base a la investigación del siguiente problema a resolver que era la baja de producción de la empresa, ya que contaba con máquinas antiguas, pero con el análisis se dio la conclusión de renovar las distintas áreas de trabajo actualizando e implementando maquinas nuevas, tecnológicas y de última generación.
Implementar las soluciones propuestas a los problemas planteados.
Mantener al personal adiestrado con el manejo de las maquinas a implementarse en las distintas áreas de trabajo.
El PLC (Controlador Lógico Programable), es una herramienta esencial de automatización de una planta para el buen control del funcionamiento de las maquinas a implementarse.
El PLC permite controlar diferentes variables por medio de actuadores y sensores que con un programa interno logra tener una sincronización deseado por el programador.
La simulación es una técnica muy importante que debe usarse para formular y resolver una clase amplia de modelos, de esta manera puede evaluarse el efecto de decisiones sucesivos, debe usarse en situaciones donde es demasiado caro o demasiado difícil experimentar en la situación real.
Gracias a esta investigación los gerentes, ingenieros, jefes de planta, estudiantes egresados de la carrera mecatronica lograran afianzar sus conocimientos por medio de la práctica que se lleva a cabo en cada uno de los pasos a seguir en la elaboración de nuestro proyecto.
Durante la elaboración de esta investigación, se hizo necesario la consulta de fuentes bibliográficos como: libros, revistas, páginas web, etc…
Definir las metas de la empresa, así como mantenerlos actualizados con el fin de dar seguimiento a las actividades operacionales y contribuir al mejoramiento de las funciones principales del mismo.
Todas estas investigaciones reportaran una serie de beneficios a la empresa en el corto, mediano o largo plazo.
ANEXOS
LAVADO
SECADO
LLENADO
TAPADO
BIBLIOGRAFIA
file:///C:/Users/SATELLITE/Downloads/Dialnet-AutomatizacionPlantaDeEmbotelladoAplicandoControlB-4784668.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Inca_Kola
http://www.incakola.com.pe/
http://www.coca-cola.com.pe/es/home/
http://www.abc-pack.com/enciclopedia/funcionamiento-de-una-planta-embotelladora/
http://www.pac.com.ve/index.php?option=com_content&view=article&id=8766:ique-es-una-planta-embotelladora&catid=64:industria&Itemid=87
http://es.wikipedia.org/wiki/Planta_embotelladora
