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Prototipo de Maqueta Embotelladora de Agua con FPGA Duran, Aduar y Fajardo, Jaime.
[email protected],,
[email protected] [email protected] Universidad ECCI
actualmente no podemos imaginar un producto Resumen — En En el presente documento se describe describe el alimenticio, un maquillaje, un medicamento, desarrollo e implementación de un prototipo de embotelladora producto de limpieza o cualquier cosa, sin ser mediante un sistema digital realizado en lenguaje VHDL embotellada, [1]. utilizando una tarjeta Basys 2. El proyecto se lleva a cabo con una banda transportadora la cual desplaza los recipientes, sensores que detectan el recipiente y actuadores que se encargan del llenado y tapado.
Índice
de
Términos — Embotelladora, Embotelladora, Precisión,
dispensador de líquido, tapado del recipiente.
I. INTRODUCCIÓN La invención de los tarros de cristal trajo al mundo grandes beneficios, los alimentos perduraban mucho más tiempo, hay mucha más salubridad debido a que los alimentos se conservan mejor y ahora se pueden comercializar mejor los productos debido a que se pueden transportar de un lado al otro. Tiempo después, los tarros de cristal fueron remplazados por latas o botes de fierro forjado, pues eran mucho más rápidos y baratos de fabricar, además de que el hierro es mucho más resistente. Con el tiempo el proceso de envasado se fue modernizando, su mayor mecanización hizo que el proceso fuera mucho más rápido, eficiente e higiénico. Conforme fueron creciendo las poblaciones urbanas en Europa el proceso del envasado fue creciendo pues era de gran utilidad y se fue volviendo una necesidad. Las embotelladoras tuvieron que expandirse y volverse cada vez mejores. Desde el momento en el que se inventaron las botellas de vidrio hasta el momento, las fabricas embotelladoras han tenido muchísimo trabajo; Universidad ECCI
Normalmente una planta embotelladora recibe los envases plásticos envases plásticos elaborados por una fábrica de botellas. Aquí, las botellas son trasladadas utilizando camiones a las diferentes empresas diferentes empresas embotelladoras. Los envases etiquetados y empaquetados son receptados por la Planta y luego colocados en un área de almacenamiento. de almacenamiento. En En esta área, dependiendo de la línea a embotellar, se seleccionan los envases (500 ml, 1000ml o 1800 ml); de allí, se los traslada hacia la zona de embotellado donde los operadores con sus manos ubican las botellas en la línea de transportación para el enjuague, ya que debe eliminarse el polvo que puede estar presente en el envase, producto envase, producto de los diferentes movimientos. Una vez que los envases pasan por la Enjuagadora (Rinseadora) se dirigen hacia la llenadora, donde el producto se vierte a la velocidad la velocidad y niveles apropiados. A la salida de la llenadora se encuentra la máquina que coloca la tapa rosca (Taponadora Roscadora) sellando los envases con una tapa que se coloca en la boca del envase para evitar que el producto se derrame o ingresen elementos contaminantes que afecten la pureza del agua. del agua. En esta condición, el producto nuevamente pasa a la cinta de transportadora, [2]. Antes de pasar al proceso al proceso de Embalaje, un operador verifica que el envase esté bien sellado, que esté en buenas condiciones con diciones y que el líquido esté en el nivel apropiado, garantizando así la calidad la calidad del producto. Después de esta última etapa, el producto es codificado por medio de un inyector de tinta, el mismo que registrará en los bordes de la tapa la fecha de producción de producción y caducidad del producto. JECC-2014
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Posteriormente, el producto se traslada a la encajonadora, donde se agrupan varios lotes de envases en forma rectangular para así enviarlos al Paletizador. Este último es encargado de recubrir los envases agrupados con una lámina de plástico que se sella con el calor, [3]. En 1892, William Painter creó una tapa que llamó “Corona” por su semejanza con la corona usada por
las reinas, en 1906 y 1909 Samuel C. Bond desarrolló y planteó un sello que llamó tapa, [4]. En el siguiente trabajo se hace un análisis por medio del GRAFCET y GEMMA a la etapa de carga, llenado y taponado de las botellas.
La planta consta de un motor que desplaza una banda transportadora de botellas, una dispensadora de líquido y la tapadora. El problema consiste en una banda que transporta las botellas, inicialmente el motor está girando hacia la derecha, cuando el sensor S0 detecta la botella inmediatamente detiene el motor, se activa la dispensadora de líquido durante un tiempo de 7 segundos, esto gracias a un temporizador de 0-7. Cuando han transcurrido los 7 segundos el motor vuelve a girar hacia la derecha, cuando el sensor S1 detecta la botella activa la maquina encargada de poner la tapa activando nuevamente un temporizador mientras pone la tapa y luego el motor sigue girando.
II. DESARROLLO A. Implementación La descripción de hardware se realiza en lenguaje VHDL mediante el software Xilinx. El código se desarrolla implementando máquinas de estado. ESTACIÓN DE CARGA: Los envases se ubican y desplazan por medio de una banda transportadora impulsada por medio de rodillos engranados a un motoreductor que gira en un solo sentido. ESTACIÓN DE LLENADO: Un sensor detecta el recipiente en el punto de llenado el cual envía un “1” lógico que detiene el motor y activa una motobomba a 110V encargada de dispensar el líquido. El sensor a su vez activa un temporizador que es el que determina el tiempo de llenado. Una vez finaliza el temporizador se habilita nuevamente el giro del motoreductor. ESTACIÓN DE TAPONADO: Un segundo sensor detecta el recipiente en la zona de tapado el cual detiene el motor de la banda y activa el actuador encargado de poner las tapas. B. Hardware
IMAGEN 1. Planta embotelladora Primer paso: ESTADO
MOTOR DISPENSADOR TAPADO (QC)
(QB)
(QA)
E0
0
0
0
E1
1
0
0
E2
E3
0
0
1
0
Universidad ECCI
E4
0
1
Sistema apagado Motor encendido
0
Actuador Dispensa líquido / Activa temporizador
1
Actuador pone la tapa / Activa temporizador
1
Se activan los actuadores de dispensado y tapado al mismo tiempo
Descripción de la planta: Esta planta se enfoca únicamente en los pasos para conseguir llenar una botella de un líquido y poner su respectiva tapa dentro del proceso de embotellado.
FUNCIÓN
JECC-2014
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3 QC*= B0*~S0*~S1 + B0*~T0 + B0*~T1 + B0~T0~T1 QB*= B0*S0*~S1*T0 + B0*~T0*~T1 QA*= B0*~S0*S1*T1 + B0*~T0*~T1
Sensores S0= Detecta botella ~S0= No detecta botella
S0
S1
T0
T1
S1= Detecta botella ~S1= No detecta botella Temporizador
QC*
GRB
J
Q
M
CLK
K
T0= Inicia contador de 0-7 segundos de llenado ~T0=Contador apagado (finaliza conteo)
Q
CLR
F_FC
T1= Inicia contador de 0-3 segundos de tapado ~T1=Contador apagado (finaliza conteo)
QC* GRB
J
Q
DISPENSADOR
CLK
K
Segundo Paso:
CLR
Q
F_FB
QA* GRB
J
Q
CLK
K
CLR
F_FB
IMAGEN 3. Circuito Lógico.
PROTOTIPO MAQUETA
IMAGEN 4. Implementación 1
IMAGEN 2. Máquina de estados. Tercer Paso: ESTADO ACTUAL
QC
QB
QA
ECUACI N TRANSICIÓN
ESTADO PRÓXIMO
QC *
QB *
QA *
E0
0
0
0
B0*~S0*~S1
E1
1
0
0
E1
1
0
0
~B0
E0
0
0
0
E1
1
0
0
B0*S0*~S1*T0
E2
0
1
0
E1
1
0
0
B0*~S0*S1*T1
E3
0
0
1
E1
1
0
0
B0*~T0~T1
E4
0
1
1
E2
0
1
0
B0*~T0
E1
1
0
0
E3
0
0
1
B0*~T1
E1
1
0
0
E4
0
1
1
B0*~T0*~T1
E1
1
0
0
IMAGEN 5. Implementación 2
4to paso:
Universidad ECCI
JECC-2014
Q
TAPADORA
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IMAGEN 6. Implementación 3
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nivel de viscosidad, las cantidades o la temperatura de los productos entre otros factores no es igual, para estos casos se puede pensar en sensores de llenado a cambio de tiempos de llenado, así se puede asegurar una exactitud graduable según la necesidad planteada. Por otra parte la implementación no solo de la electrónica de potencia sino también de la estructura física de la planta, debe ir ligada tanto al tamaño y peso de los envases como también a la velocidad que se requiera, luego si se desea estos factores pueden optimizarse como variables de fácil graduación por un operario según la necesidad de la industria. Ventajas e inconvenientes de la automatización: Ventajas: Permite aumentar la producción y adaptarla a la demanda Consigue mejorar la calidad del producto y mantenerla constante Mejora la gestión de la empresa Disminuye de la mano de obra necesaria Hace más flexible el uso de la herramienta Inconvenientes:
IMAGEN 7. Implementación 4
III. CONCLUSIONES La automatización de los procesos es la mejor presentación de una empresa ante sus clientes y ante la competencia, es la forma en que se evidencia el desarrollo tecnológico y su aplicabilidad en la industria, en general, se considera un proceso automatizado la manera más efectiva y práctica para la ejecución de tareas de producción donde el mecanismo es el desarrollo de tareas repetitivas, sin embargo estos procesos deben estar supervisados por el factor humano, quien decide y controla la consecución de la planta automatizada según condiciones arbitrarias que no alcanza a tener en cuenta una máquina. La destinación del proyecto aplica en cualquier industria dedicada al envase de líquido. No necesariamente debe ser aplicado en grandes industrias, se puede implementar también en pequeñas productoras como por ejemplo envasadoras de temperas y vinilos. Si se piensa en el desarrollo de la embotelladora a nivel macro, vale la pena tener en cuenta el producto específico por cada proceso de llenado, esto es de vital importancia ya que por ejemplo, el Universidad ECCI
• Incremento del paro en la sociedad • Incremento de la energía consumida por producto • Repercusión de la inversión en el coste del
producto • Exigencia de mayor nivel de conocimientos de los
operarios.
AUTORES
A. Aduar Esneider Durán Giraldo nacido en Bogotá D.C, Colombia, el 17 de Septiembre de 1987. Se graduó como Tecnólogo en Electrónica Industrial en Octubre de 2013 y estudiante actual de Ingeniería Electrónica semestre 8 (Noviembre de 2014) Universidad ECCI, a nivel profesional se ha formado y desarrollado en el área de producto (Electrodomésticos y telefonía celular) en Samsung Electronics Colombia S.A. He adquirido conocimientos en el funcionamiento y tecnologías de los diferentes electrodomésticos en la JECC-2014
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S. Mora. (Bucaramanga 2008). experiencia laboral, ciclo de refrigeración en [2] J. Peñaloza, Automatización e Instrumentación de una planta neveras y aires acondicionados tecnología Plasma, embotelladora a escala, [Online] Available: LCD y Led en televisores, hardware y software para http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/497/1/digit al_16911.pdf portátiles, etc. Desarrollé un proyecto (Simulación y descripción de un aire acondicionado) el cual [3] J .Franco, E Martínez. Diseño de una enjuagadora rotatva facilita la detección de fallas. Tengo conocimientos automática para botellas, utilizadas en planta en programación C++ mediante el cual he embotelladora, [Online] Available: https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/1938/1/3847.pdf implementado programas para calcular un factorial, coordenadas rectangulares a polares, hallar el valor [4] Buitrago, Raul y Guerra, José. Revista Bavaria N°118, de una función, manejo de switch, for, do while y publicada en Bogotá D.C Colombia, 1980, Pag.2. arreglos. Implementación en físico y simulación en Matlab para un buck reductor, montaje en físico de dos motores acoplados y simulación de la función de transferencia en Matlab, Simulación de un péndulo invertido en Matlab. He realizado descripción de hardware en VHDL para contadores, visualizador dinámico y multiplexores. J. Jaime Fajardo Jiménez; nacido en Bogotá D.C, Colombia, el 8 de julio de 1984, actualmente cursa octavo semestre de ingeniería electrónica (Noviembre de 2014). Cursó seminario de visión artificial (herramienta MATLAB) en julio de 2014 en la Universidad ECCI, para el proyecto del seminario elaboró un selector de objetos por forma y color. Conocimientos en sistemas electronicos de seguridad, cerraduras randómicas, esclusas, alarmas, CCTV, programación de módulos GPS Virloc de Virtualtec, control en equipos de temperatura y presión, válvulas y motores. Ha realizado programas en lenguaje C para microcontroldores pic de Microchip (cerradura de combinación numérica variable, PWM, conversor análogo - digital, control de acceso), programación de microcontroladores de Atmel (Atmega 168) en AVR studio e interfaz gráfico en labVIEW.
REFERENCIAS [1]
I. Betancur, (Manizales 2004). Diseño y montaje de un control de nivel para una envasadora de lácteos, [Online] Available: http://www.bdigital.unal.edu.co/2017/1/Indiramarcelagiraldobetancur.20 04.pdf
Universidad ECCI
JECC-2014
