TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN POR MASA

PARA UNA MÁQUINA ENVOLVEDORA VERTICAL.

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

por el TSU Héctor R. Piñango O.

para optar al Título de

Ingeniero Electricista.

Caracas, 2017

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN POR MASA

PARA UNA MÁQUINA ENVOLVEDORA VERTICAL.

PROFESOR GUÍA: ING. PEDRO PINTO

TUTOR INDUSTRIAL: ING. JHONNY MARTÍNEZ

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

por el TSU Héctor R. Piñango O.

para optar al Título de

Ingeniero Electricista.

Caracas, 2017

iii

iv

DEDICATORIA

A mis padres, por todas sus enseñanzas, apoyo, confianza

y por haberme dado la vida.

v

AGRADECIMIENTOS

La elaboración de este trabajo solo ha sido posible principalmente gracias a

mis padres que siempre me han apoyado en todas mis metas, a todos los profesores

de la EIE a los que tuve el privilegio de conocer y aprender de sus conocimientos, en

especial a los profesores Raúl Arreaza, Pedro Pinto, Servando Álvarez, Mercedes

Arocha, Alejandro González, Luis Sarco, Simón Morales, José Gregorio Czwiencze,

Ebert Brea , William La Cruz, Julian Pérez, Nerio Ojeda, Zeldivar Bruzual, Héctor

Lizarraga, Carlos Moreno y a muchos otros profesores que hacen vida en la escuela,

por su valioso esfuerzo y dedicación en la noble tarea de educar y preparar a las

generaciones de relevo, mi más sincero agradecimiento.

También quiero darle las gracias a mis amigos de 3Phasic Solutions: Jhonny

Martínez y Jorge Crespo por su gran apoyo y colaboración durante la elaboración del

proyecto.

Muchas gracias a todos.

vi

Piñango O. Héctor R.

DISEÑO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN POR MASA PARA

UNA MÁQUINA ENVOLVEDORA VERTICAL

Profesor Guía: Ing. Pedro Pinto. Tutor Industrial: Ing. Jhonny Martínez. Tesis.

Caracas. U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica.

Ingeniero Electricista. Opción: Electrónica y Control. Institución: 3Phasic

Solutions, C.A. Trabajo de Grado. 2017. 110 hojas + Anexos.

Palabras Claves: Automatización; Dosificación; PLC; HMI; Celda de Carga;

Sellado Térmico.

Resumen. Se plantea el diseño de un sistema de dosificación por masa para una

máquina envolvedora vertical, para lo cual se propone analizar el principio de

funcionamiento y características de este tipo de máquinas, determinar la solución que

satisfaga los requerimientos del cliente, realizar la selección de instrumentos y

equipos necesarios para implementar el diseño, desarrollar el programa del sistema de

control de manera óptima, realizar los planos, diagramas y cálculos de la instalación,

diseñar e instalar el tablero de control y los demás equipos requeridos. El proyecto

surge de la necesidad del cliente de modificar el sistema de dosificación original de la

máquina y con ello obtener una mayor flexibilidad y variedad en esta línea de

producción. El proyecto abarca la implementación y pruebas de funcionamiento,

dejando la máquina operativa.

vii

INDICE GENERAL

CONSTANCIA DE APROBACIÓN iii

DEDICATORIA iv

AGRADECIMIENTOS v

RESUMEN vi

INDICE GENERAL vii

INDICE DE FIGURAS ix

INDICE DE TABLAS xii

LISTA DE ACRÓNIMOS xiii

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I 3

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3

1.1. Generalidades 3

1.2. Objetivo general 3

1.3. Objetivos específicos 3

1.4. Alcance 4

1.5. Limitaciones 4

CAPÍTULO II 5

2. MARCO REFERENCIAL 5

2.1. Automatización de sistemas industriales 5

2.2. Interfaz Humano – Máquina 15

2.3. Determinación de variables de proceso 16

2.4. Variador de frecuencia 24

2.5. Relé de estado sólido 25

2.6. Elementos en los sistemas de control neumáticos 26

CAPÍTULO III 34

3. MÁQUINA ENVOLVEDORA VERTICAL FAMA 34

3.1. Generalidades del sistema original 34

viii

3.2. Propuesta de modificaciones de la máquina envolvedora vertical 45

3.3. Requerimientos de la máquina envolvedora vertical 48

3.4. Variables de proceso de la máquina envolvedora vertical 49

CAPÍTULO IV 51

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL 51

4.1. Generalidades del diseño del sistema de control 51

4.2. Diagrama de instrumentación y tuberías del sistema 51

4.3. Selección de equipos y dispositivos 56

4.4. Selección de conductores 68

4.5. Selección de las protecciones eléctricas 77

4.6. Diseño del tablero de control 79

4.7. Desarrollo del software de control 81

CONCLUSIONES 102

RECOMENDACIONES 103

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 104

BIBLIOGRAFÍA 110

GLOSARIO 111

ANEXO A 114

ANEXO B 122

ANEXO C 134

ANEXO D 135

ix

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Envolvedora vertical. 1

Figura 2. Diagrama en bloques de un sistema de control a lazo cerrado. 7

Figura 3. Partes de un sistema automatizado. 9

Figura 4. Clasificación de los controladores lógicos. 9

Figura 5. Arquitectura de un autómata programable. 12

Figura 6. Clasificación de los PLC´s según el número de E/S. 13

Figura 7. Control supervisorio con pantalla táctil. 16

Figura 8. Relación resistencias vs temperatura para distintos materiales. 19

Figura 9. Partes de un termopar industrial. 21

Figura 10. Circuito básico de un VFD y la señal obtenida a su salida. 25

Figura 11. Sistema Bobina-Muelle de una electroválvula. 27

Figura 12. Válvula con accionamiento de rodillo. 27

Figura 13. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras 3/2 vías. 29

Figura 14. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras 5/2 vías. 29

Figura 15. Cilindro neumático de simple efecto. 31

Figura 16. Cilindro neumático de doble efecto. 32

Figura 17. Envolvedora vertical marca FAMA. Vista frontal. 36

Figura 18.Conexión de la bobina de PE-LD. 37

Figura 19. Sistema de dosificación volumétrica instalado en el sistema original. 37

Figura 20. Vista transversal de la máquina. 38

Figura 21. Conexión de la bobina de PE-LD. 39

Figura 22. Unidad de formación de envoltorios. 39

Figura 23. Sellado térmico longitudinal. Vista lateral. 40

Figura 24. Sellado térmico transversal inferior y superior. Vista lateral. 40

Figura 25. Motor principal y su conexión al eje de accionamiento. 41

Figura 26. Placa del motor principal. 42

Figura 27. Mecanismo de arrastre del film de PE-LD. 43

x

Figura 28. Sistema de dosificación volumétrica. 44

Figura 29. Cinta transportadora del producto final. 44

Figura 30. Sistema de dosificación por masa. 47

Figura 31. Esquema actual de la máquina envolvedora vertical. 48

Figura 32. Diagrama de Instrumentación y Tuberías. 52

Figura 33. Leyenda del P&ID del proceso. 53

Figura 34. Diagrama en bloques del suministro eléctrico desde el punto de

generación hasta las cargas conectadas al tablero de control. 71

Figura 35. Curvas de disparo para interruptores termo-magnéticos. 77

Figura 36. Entorno de programación de Siemens, TIA PORTAL V13. 82

Figura 37. Estructura lineal de programación. 83

Figura 38. Programación mediante una estructura modular. 84

Figura 39. Diagrama general de un programa estructurado en bloques. 86

Figura 40. Diagrama general del software de control estructurado en bloques. 89

Figura 41. Bloque de función- Proceso. 90

Figura 42. Diagrama de flujo del control Automático/Manual. 92

Figura 43. Segmento de control de Marcha/Parada del motor principal según el

modo de operación Automático/Manual. 92

Figura 44. Secuencia en la rutina de producción de envoltorios. 93

Figura 45. Bloque de función para el control de velocidad del motor. 94

Figura 46. Funcionamiento del FB ´Control de velocidad´. 94

Figura 47. Bloque de función para la medición del peso de la tolva de pesaje. 95

Figura 48. Funcionamiento del FB ´Medición de Peso´. 95

Figura 49. Bloque de función para medir las temperaturas de las resistencias de

sellado térmico. 96

Figura 50. Función de control PID para la temperatura de la resistencia

longitudinal. 97

Figura 51. Control PID de la temperatura de la resistencia de sellado térmico

longitudinal. 98

Figura 52. Pantalla de inicio de la HMI. 99

xi

Figura 53. Pantalla de configuración del sistema. 99

Figura 54. Pantalla de control en modo automático. 100

Figura 55. Pantalla de control en modo manual. 100

Figura 56. Pantalla de estado del sistema. 101

Figura 57. Pantalla de información. 101

xii

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Características de sondas de resistencias. 20

Tabla 2. Tolerancias y temperaturas de trabajo de termopares. Norma IEC584-1. 24

Tabla 3. Datos de la placa del motor principal. 42

Tabla 4. Estudio y selección del sistema de dosificación 46

Tabla 5. Lazos de control del proceso. 55

Tabla 6. Estudio comparativo para la selección del PLC. 59

Tabla 7. Estudio comparativo para la selección de la fuente de 24 VDC. 62

Tabla 8. Estudio comparativo para la selección del VFD. 63

Tabla 9. Requerimientos y características del transductor de temperatura. 63

Tabla 10. Requerimientos y características del transductor de peso. 64

Tabla 11. Estudio comparativo para la selección de la celda de carga. 65

Tabla 12. Requerimientos de selección del sensor fotoeléctrico. 65

Tabla 13. Requerimientos de selección del SSR. 67

Tabla 14. Requerimientos de selección de las electroválvulas distribuidoras

3/2 y 5/2. 68

Tabla 15. Determinación del calibre de los conductores de los equipos de

fuerza bajo el criterio de capacidad de corriente. 69

Tabla 16. Determinación del alimentador del tablero de control basado en la

sección 409.20 del CEN. 70

Tabla 17. Capacidad de cortocircuito del alimentador del tablero de control. 76

Tabla 18. Capacidad de cortocircuito de los conductores de las cargas

conectadas al tablero de control. 76

Tabla 19. Características de las protecciones eléctricas seleccionadas. 78

xiii

LISTA DE ACRÓNIMOS

AC: Corriente alterna.

ADC: Convertidor analógico digital.

DAC: Convertidor digital analógico.

DC: Corriente directa.

AS: Suministro de aire.

HMI: Interfaz Humano-Máquina.

NA: Normalmente abierto.

NC: Normalmente cerrado.

PE-LD: Polietileno de baja densidad.

PID: Proporcional-Integral-Derivativo.

PLC: Controlador lógico programable.

SSR: Relé de estado sólido.

VAC: Voltaje de corriente alterna.

VDC: Voltaje de corriente directa.

VFD: Variador de frecuencia.

1

INTRODUCCIÓN

Debido a la necesidad de automatizar los procesos industriales y minimizar

los tiempos empleados en diversas líneas de producción, son utilizadas con frecuencia

máquinas automáticas envolvedoras verticales, también conocidas, por su nombre en

inglés, como Flow Pack Vertical, que pueden simultáneamente empaquetar y realizar

la dosificación del producto. Por dosificación se entenderá como la regulación de la

cantidad o porción del producto.

Las envolvedoras verticales son máquinas para empaquetar, donde el

producto, a través de un sistema de dosificación externo o manualmente a través de

un operador, se introduce en el tubo de formación del sobre o envoltorio, y

posteriormente se realiza el cierre del mismo. Los sobres se realizan a partir de una

bobina de hoja plana de material termosellable, que puede ser polietileno,

polipropileno o una combinación de ambos. En la Figura 1 se muestra un esquema

simple de la máquina envolvedora vertical en donde se puede apreciar el proceso de

empaquetado. En cuanto a la forma del envoltorio, estos pueden ser “con fondo

cuadrado” o forma de “cojín”.

2

Figura 1. Envolvedora vertical [1]

Entre las características principales de estas máquinas se pueden enumerar las

siguientes:

Elaboración del envoltorio mediante soldaduras térmicas.

Utilización de bobinas o film termosellable de polietileno de baja densidad

(PE-LD).

Los paquetes con forma de “cojín”, hechas con las máquinas envasadoras

verticales, se caracterizan por tres “termo-soldaduras”: transversal superior,

transversal inferior y longitudinal.

Su principal campo de aplicación son productos sueltos, granulosos, pastosos

o de muy difícil manipulación.

Pueden ser utilizadas tanto para productos alimenticios como no alimenticio.

Opcionalmente pueden imprimir fechas de elaboración y vencimiento, etc.

El presente documento está constituido por los cuatro capítulos siguientes: En

el primer capítulo, Planteamiento del problema, se describe el problema inicial, los

objetivos propuestos y el alcance del proyecto. El segundo capítulo, Marco

referencial, se establecen los conceptos más importantes que hay que tener en cuenta

a lo largo del documento. El tercer capítulo, Máquina envolvedora vertical – FAMA,

3

contiene el levantamiento de información, características de funcionamiento y

requerimientos de la máquina envolvedora vertical bajo estudio. El cuarto capítulo,

Diseño del sistema de control, documenta los pasos, criterios y cálculos realizados

para alcanzar los objetivos propuestos en el primer capítulo.

Finalmente se tienen las conclusiones, recomendaciones, referencias y

bibliografía utilizada, y por último los anexos.

4

CAPÍTULO I

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Generalidades

Recientemente la empresa 3PHASIC SOLUTIONS C.A., evaluó una propuesta

para la realización de un nuevo sistema de dosificación de una máquina envolvedora

vertical marca FAMA, la cual está destinada a empaquetar queso parmesano rallado y

fue diseñada originalmente para fabricar envoltorios de 100 g.

Dicha máquina utilizaba un sistema de dosificación volumétrica, este método

se basa en la utilización de un compartimiento calibrado como unidad de medida de

peso, en este caso, el espacio del compartimiento estaba calculado para 100 g de

queso parmesano. Tal método imposibilitaba al operador modificar la cantidad de

producto en los envoltorios.

Por tal motivo, se deseaba modificar el sistema de dosificación, para que el

operador pudiese elegir la cantidad de producto a dosificar en cada envoltorio durante

la ejecución del proceso.

1.2. Objetivo general

Diseñar un sistema de dosificación por masa para una máquina envolvedora

vertical.

1.3. Objetivos específicos

1. Identificar las características de funcionamiento de la máquina.

2. Proponer diversas soluciones y seleccionar estratégicamente la más

adecuada a los requerimientos del cliente.

5

3. Adquirir e instalar los equipos y materiales del sistema de dosificación

seleccionado.

4. Desarrollar el sistema de control del proceso.

5. Realizar pruebas de verificación y funcionamiento.

6. Elaborar el manual de la máquina y del usuario

1.4. Alcance

Mediante el desarrollo de este proyecto se logró obtener una Máquina

Envolvedora Vertical con indiscutibles mejoras en cuanto a sus características de

flexibilidad, productividad, control, precisión y seguridad, tal cual como las ofrecidas

actualmente por las últimas máquinas de este tipo encontradas en el mercado

industrial.

Aunado a lo anterior, el proyecto y su documentación, servirán como una

sólida referencia teórica y práctica para emprender cualquier otro desarrollo afín en

esta área de automatización de sistemas industriales.

1.5. Limitaciones

El tiempo establecido para la culminación del proyecto dependerá de los

tiempos de compra y entrega de los equipos, piezas y materiales que se vayan a

utilizar.

6

CAPÍTULO II

2. MARCO REFERENCIAL

2.1. Automatización de sistemas industriales.

Con el nacimiento y desarrollo de la era industrial, también ha surgido la

necesidad de utilizar nuevos métodos de control y automatización que permitan

explotar al máximo las prestaciones que puedan ofrecer las máquinas y sistemas

industriales, traduciéndose así, en una mayor eficiencia, flexibilidad, seguridad al

operador, rentabilidad, menor tiempo de respuesta/producción y estabilidad del

proceso.

Tal es el caso de una planta nuclear de generación de energía eléctrica, en la

cual se deben controlar y monitorear una gran cantidad de variables, tales como,

temperatura, presión, flujo, niveles de radiación, entre otras, con el fin de garantizar

el funcionamiento deseado y la seguridad entre los trabajadores y el entorno.

2.1.1. Estrategias fundamentales de control.

Como se ha mencionado, las plantas y procesos industriales deben contar con

un sistema que controle y monitoree su óptimo desempeño. En muchos casos el

operador forma parte de dicho sistema de control, ya que él debe tomar acciones

según el status actual que se presente.

Por otra parte, debido al gran tamaño y complejidad que pueden representar

algunos procesos industriales, es necesario dividirlos en subprocesos que pueden ser

clasificados en las siguientes áreas:

7

2.1.1.1. Subsistemas de monitoreo.

Muestran el estado actual de las variables del proceso, vigilando las

condiciones anormales o de falla que se puedan presentar y que requieran atención

por parte del operador.

Se utilizan sensores digitales para detectar estados específicos del proceso,

como por ejemplo:

En marcha/Detenido

Vacío/Bajo/Medio/Alto

Directo/Apagado/Inverso

Nivel Alto/Normal/ Nivel Bajo

Falla/Operativo

Mientras que para medir variables con un rango continuo, tales como:

temperatura, presión, flujo, nivel de líquidos, entre otras, se utilizan sensores

analógicos.

Adicionalmente, un sistema de monitoreo frecuentemente permite guardar

información acerca del consumo de energía de los equipos y materiales utilizados,

con el propósito de analizar tales datos y generar un evento o alarma en un historial

de análisis de mantenimiento. Una bomba, por ejemplo, puede requerir

mantenimiento después de 5000 horas de operación. [2]

2.1.1.2. Subsistemas secuenciales.

Son sistemas en los que la activación y desactivación de cada una etapas del

proceso general se realiza secuencialmente generalmente mediante la utilización de

señales digitales, aunque también pueden ser analógicas. Este tipo de control es

utilizado en procesos que siguen una secuencia de trabajo predefinida, tal es el caso

de los sistemas tipo BACH. [2]

8

2.1.1.3. Subsistemas a lazo abierto.

Se refiere a los sistemas de control donde no se toman mediciones de la

variable controlada para corregir la acción de control. En la práctica esta técnica de

control se usa sólo cuando no existen perturbaciones internas ni externas y se conoce

la relación entre la entrada y la salida del proceso. [3]

2.1.1.4. Subsistemas a lazo cerrado.

Estos sistemas de control cuentan con un lazo de realimentación que les

permite comparar la entrada de referencia con la señal obtenida a la salida del

sistema, obteniendo de esta manera una señal de error que permitirá corregir la acción

de control sobre el proceso. El error es cero cuando se obtiene a la salida una señal

igual a la señal de referencia. [3]

2.1.2. Sistemas automatizados.

Son sistemas en los que se emplean diferentes dispositivos y técnicas que

permiten llevar a cabo la transferencia de operaciones y/o funciones que son propias

del ser humano a uno o varios elementos tecnológicos de naturaleza electrónica,

mecánica, química, entre otros. [4]

2.1.2.1. Beneficios que ofrece la automatización.

Aumento en la capacidad de producción.

Reducción de pérdidas/ aumento de ganancias.

Figura 2. Diagrama en bloques de un sistema de control a lazo cerrado. [2]

9

Evitar la intervención del hombre en procesos que puedan afectar la salud.

Simplificar operaciones de mantenimiento.

Realizar operaciones que serían imposibles para el ser humano. [4]

2.1.2.2. Partes de un sistema automatizado.

Según el tipo de señales que se maneje y el tipo de dispositivos involucrados,

las partes que integran un sistema automatizado son las siguientes:

2.1.2.2.1. Parte operativa.

Se compone de los elementos que están en contacto directo con el proceso a

controlar, estos se clasifican en:

Sensores, medidores y transductores, los cuales son los elementos que

toman lecturas de las condiciones actuales del sistema.

Actuadores y pre-actuadores, los cuales son los dispositivos encargados

de realizar la acción final de control. [5]

2.1.2.2.2. Parte de mando.

Interfaz Hombre – Máquina: Interruptores, pulsadores, pilotos y pantallas

Autómata programable: Dispositivo encargado de realizar las operaciones

de control.

Tecnología cableada: Compuesta por los distintos buses empleados para

comunicar e interconectar los dispositivos de la parte operativa (sensores y

actuadores) y de la parte de mando (Pantallas HMI) con el autómata

programable. [5]

10

Figura 3. Partes de un sistema automatizado [5]

2.1.2.3. Controlador lógico.

Dispositivo electrónico, que a partir de las señales que recibe en sus entradas,

toma las acciones de control para la cual es diseñado o programado, actuando en

consecuencia sobre sus respectivas variables de salida. [6]

2.1.2.3.1. Clasificación.

Según sus características de funcionamiento, los controladores lógicos tienen

la siguiente clasificación:

Figura 4. Clasificación de los controladores lógicos [6]

11

2.1.2.4. Lógica cableada.

Es un antiguo método utilizado en el control de procesos (principalmente

industriales), empleando principalmente para tal fin, dispositivos electromecánicos,

neumáticos y compuertas lógicas TTL, CMOS, HCMOS. [6]

Entre las principales desventajas que acarrea la utilización de la lógica

cableada están:

Son diseñados para cumplir un objetivo específico, lo que imposibilita

modificar la ley de control.

No utilizan redes de campo, lo que se traduce en una gran cantidad de cables

para establecer las conexiones.

Gran dificultad para realizar labores de mantenimiento y detección de fallas.

Excesivo tamaño y complejidad.

Baja inmunidad electromagnética.

2.1.3. Controlador lógico programable.

También conocidos como “Autómatas Programables”, son dispositivos

electrónicos que nacen para satisfacer la necesidad de sustituir los anticuados y

complejos sistemas de control basados en lógica cableada. Obedecen una ley o lógica

de control la cual es programada según las necesidades del usuario, son utilizados

principalmente en la automatización de sistemas industriales, dada su capacidad de

trabajo en entornos hostiles. [7]

Según la definición del IEC 61131:

“Un autómata programable (AP) es una máquina electrónica programable diseñada

para ser utilizada en un entorno industrial (hostil) que utiliza una memoria

programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario,

para implantar soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencias,

temporizaciones, recuentos y funciones aritméticas, con el fin de controlar mediante

entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos”. [8]

12

2.1.3.1. Arquitectura del PLC.

El PLC al igual que otros dispositivos que utilizan controladores, pertenecen a

la familia de los computadores, y al igual que estos tienen la misma arquitectura.

Entre los elementos que la conforman están:

1) Fuente de alimentación: Según el modelo, puede estar incorporada o no al

dispositivo.

Si es incorporada, solo es necesaria la conexión a la red eléctrica.

Según el modelo la alimentación puede ser de: 120 VAC/ 208 VAC /

440 VAC.

Si no es incorporada, es necesario la utilización de una fuente de

alimentación DC, con salida generalmente de 24 VDC.

2) Unidad central de proceso (CPU): Su elemento principal es un controlador.

El CPU ejecuta cada cierto tiempo un ciclo scan del dispositivo, esto es: lee el

estado actual de las entradas, ejecuta el algoritmo de control programado en el

dispositivo y finalmente, modifica las salidas en función del programa

ejecutado.

3) Unidad de memoria: En ella se guardan los datos y el programa ejecutado

por el PLC durante su funcionamiento.

4) Unidades de entradas/salidas digitales: Solo operan con lógica binaria

(Activo/Desactivo), a manera de interruptores.

Existen módulos que trabajan con señales de 5, 12, 24 ó 48 VDC.

Como también con tensiones alternas de 120 ó 208 VAC.

Mientras que las salidas pueden ser:

Salidas PNP o NPN a transistor, que entregan 5, 12, 24 ó 48 VDC.

Salidas a relés, éstas permiten activar dispositivos que trabajan con

120 VAC / 208 VAC.

13

Figura 5. Arquitectura de un autómata programable [7]

5) Unidades de entradas/salidas analógicas: Funcionan bajo complejos

sistemas electrónicos de acondicionamiento y adquisición de señales,

utilizando principalmente convertidores ADC y DAC.

Según el modelo, pueden trabajar con señales de 0 – 20 mA, 4 – 20 mA y -10

hasta +10 VDC. Una característica importante para su selección es la

resolución de los convertidores.

6) Unidades especiales: Pueden estar orientadas para comunicación, interfaz

HMI, control de movimiento, etc.

Ejemplo de ellas son:

Unidades de comunicación: PROFINET, PROFIBUS, MODBUS,

HART, RS 232, RS 485, entre otras.

Programadores manuales

Pantallas

Otros PLC´s y dispositivos. [7],[9] y[10]

14

2.1.3.2. Clasificación.

Existen varios criterios que permiten clasificar los PLC´s, entre ellos los más

usados son los siguientes:

2.1.3.2.1. Según su estructura.

En base a como se encuentran estructuralmente los elementos que componen

su arquitectura:

PLC’s Compactos: integran todas las unidades que conforman la arquitectura

de un PLC, Fuente, CPU, Memoria, Entradas/Salidas Digitales y Analógicas,

Puertos de comunicación, etc. Sin embargo existen modelos que permiten

expandir sus características originales.

PLC’s Modulares: Estos PLC’s traen todos sus módulos por separado,

permitiendo al programador seleccionar las características y la cantidad de los

módulos que requiera para su aplicación. Normalmente el CPU integra

además del procesador y la memoria, el sistema de comunicaciones y

programación. [10]

2.1.3.2.2. Según el número de entradas y salidas.

En base a estos términos, los PLC’s se pueden clasificar en: micro, pequeño,

mediano y grande.

Figura 6. Clasificación de los PLC’s según el número de E/S. [10]

15

Los PLC’s más usados en la pequeña y micro industria y en la automatización

de maquinaria, son los micro PLC’s, cuyas características son aproximadamente las

siguientes:

≤ 32 E/S

Costo menor a US$500

1 K de memoria

Tamaño pequeño (alrededor de 203 x 76 x 76 mm). [10]

2.1.3.3. Limitaciones del entorno industrial.

Debido a que los PLC´s tienen su principal aplicación en el área industrial, deben

cumplir con ciertas normas y requerimientos que garanticen su buen funcionamiento

bajo un ambiente hostil, entre ellos se pueden destacar:

1) Ambiente físico y mecánico.

Vibraciones y choques

Humedad > 80 %

Humedad < 35 %

Temperaturas bajas o elevadas

2) Polución química.

Gases corrosivos, vapores de hidrocarburos, polvos metálicos,

minerales.

3) Perturbaciones eléctricas.

F.E.M generadas por temperaturas, reacciones químicas e

interferencias electromagnéticas. [7]

16

2.1.3.4. Lenguajes de programación de los PLC’s.

Según la norma IEC 61131-3, el cual establece los requerimientos en cuanto a

los lenguajes de programación de un autómata programable, este debe permitir al

programador la utilización de por lo menos tres lenguajes diferentes. Los lenguajes

estandarizados en la citada norma son:

Lenguaje escalera (Ladder Diagram – LD)

Diagrama de bloque de funciones (Function Block Diagram – FBD)

Texto estructurado (Structured Text – ST)

Lista de instrucciones (Instruction List – IL)

Bloques de funciones secuenciales (Sequential Function Chart – SFC) [8]

Para mayor información sobre los lenguajes de programación ver Anexo A.

2.2. Interfaz Humano – Máquina.

Es la parte del proceso de automatización que está en contacto directo con el

operador, recibiendo y entregando información. La recepción de información es

realizada por medio de interruptores, pulsadores, selectores, entre otros.

Simultáneamente el sistema automatizado debe entregar información concerniente al

estatus actual del proceso, utilizando para ello: indicadores luminosos, barras de

nivel, displays de segmentos, y alarmas sonoras.

También es posible la utilización de pantallas gráficas con o sin touch screen,

la cuales permiten la entrada de datos y el despliegue de información, obteniendo de

esta manera una interfaz Humano-Máquina de forma compacta. Estas pantallas viene

diseñadas para trabajar con distintos protocolos de comunicación, según el

requerimiento, entre estos se pueden mencionar: PROFINET, MODBUS, RS485,

HART, PROFIBUS, entre otros. [11]

17

Figura 7. Control supervisorio con pantalla táctil [11]

2.3. Determinación de variables de proceso.

En todo sistema de automatización es necesario obtener una estimación

directa o indirecta de las variables que se desean controlar y que nos indican el estado

actual del sistema o proceso, entre ellas se pueden mencionar las siguientes: presión,

temperatura, flujo, humedad, viscosidad, peso, presencia, corriente, voltaje,

frecuencia, turbidez, fuerza, etc. [12]

2.3.1. Medición de peso

El peso es definido como la fuerza con que la tierra atrae un cuerpo, donde su

expresión matemática es la siguiente:

P = m x g

En la que:

P = peso

m = masa

g = aceleración de gravedad

La necesidad de la determinación del peso de los materiales en la industria, se

debe a que es de vital importancia conocer la cantidad de producto en muchas líneas

18

de producción, bien sea en tareas de inventario, producto final, mezcla, entre otras.

[12]

2.3.1.1. Células de carga a base de galgas extensiométricas.

Consisten en una pieza de elasticidad conocida (tal como el acero de módulo

de elasticidad 2.1 x 10⁶ bar) capaz de soportar la carga sin exceder su límite de

elasticidad. A esta pieza se encuentra cementada una galga extensiométrica, que

puede estar formada por varias espiras de hilo (0.025 mm) pegada a un soporte de

papel o de resina sintética, o bien puede estar formada por bandas delgadas unidas

con pegamento a la estructura sometida a carga.

La tensión o la compresión a la que el peso somete a la célula de carga hacen

variar la longitud del hilo metálico y modifican, por lo tanto, su resistencia eléctrica.

Se usan acondicionadores de señal, que son puentes de Wheatstone, que captan

pequeños cambios en la resistencia y compensan los efectos de la temperatura. [12]

2.3.1.2. Células de carga hidráulicas.

Consisten en un pistón donde se apoya la carga, que ejerce presión sobre un

fluido hidráulico, según la carga, y de acuerdo al área conocida del pistón, se crea una

presión en el aceite que puede leerse en un manómetro Bourdon, y que por lo tanto,

refleja indirectamente la carga.

Sumando las presiones hidráulicas de varias células de carga y aplicándolas a

un transmisor electrónico o digital, se obtiene una señal que puede leerse en un

indicador y utilizarse en sistemas de pesaje electrónicos.

Las células de carga hidráulicas se fabrican para unas capacidades de carga de

1.200 kg hasta 4.500 t, son de respuesta rápida (menos de 2 segundos), su exactitud

es del ±0,25%, admiten sobrecargas hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de

explosión y son resistentes a vibraciones. [12]

19

2.3.1.3. Células de carga neumáticas.

Consisten en un transmisor neumático de carga de equilibrio de fuerzas, en el

que el peso situado en la plataforma de carga se compara con el esfuerzo ejercido por

un diafragma alimentado a una presión de tarado ajustable.

El sistema adopta una posición de equilibrio gracias al conjunto tobera-

obturador y a la cámara de realimentación del transmisor. La presión del aire

alcanzada en esta cámara indica el peso. La capacidad de carga de las células

neumáticas varía de 10 kg a 10 t, poseen una exactitud del ± 0,2% y se adaptan

fácilmente al control neumático. Tienen la ventaja de ser insensibles a los cambios de

temperatura, ser higiénicas y a prueba de explosión, con el inconveniente de precisar

aire comprimido de instrumentos (limpio y seco) o de nitrógeno y de ser de respuesta

relativamente lenta. [12]

2.3.2. Medición de temperatura.

La temperatura es una de las variables más importantes y que encontramos

involucrada con mayor frecuencia en los procesos industriales. La mayoría de los

fenómenos físicos se ven afectados por ella, a tal punto que es posible inferir el valor

de otras variables de proceso a partir de los cambios de temperatura presentes.

Existen diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y que son utilizados

para medirla:

Variaciones en volumen o en estados de los cuerpos (sólidos, líquidos o

gases).

Variaciones de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).

Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

La f.e.m creada en la unión de dos metales distintos (termopares).

La intensidad de la radiación total emitida por un cuerpo (pirómetros de

radiación).

20

Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas,

frecuencia de resonancia de un cristal, etc.). [12]

2.3.2.1. Termómetro de resistencia.

Los termómetros de resistencia basan su funcionamiento en la variación de la

resistencia eléctrica de un conductor metálico en función de la temperatura. El

elemento de detección usualmente consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del

conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un

revestimiento de vidrio o cerámica.

Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben tener las

siguientes características:

Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el

elemento de medida será muy sensible.

Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura

dada, tanto mayor será la variación por grado (mayor sensibilidad).

Relación lineal resistencia-temperatura.

Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricación y

estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda, a fin de

obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta).

Estabilidad de las características durante la vida útil del material.

Los utilizados comúnmente para su elaboración son: platino, cobre y níquel. [12]

21

Figura 8. Relación de resistencias vs temperatura para distintos materiales [12]

Tabla 1. Características de sondas de resistencias [12]

2.3.2.2. Termistores.

Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de

temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presenta unas

variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente

pequeños en la temperatura. Se fabrican con óxido de níquel, manganeso, hierro,

cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en sondas o en

discos.

22

Los termistores también se denominan NTC (Negative Temperature

Coeficient), aunque existen casos especiales de coeficientes positivos cuando su

resistencia aumenta con la temperatura PTC (Positive Temperature Coeficient). [12]

2.3.2.3. Termopares.

El Termopar basa su funcionamiento en el efecto descubierto por Thomas

Johann Seebeck en 1821, de la circulación de una corriente en un circuito cerrado,

formado por dos metales diferentes, cuyas uniones (unión de medida o caliente y

unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura.

Esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos

combinados, el efecto Peltier (año 1834) que provoca la liberación o absorción de

calor en la unión de metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión

y el efecto Thomson (año 1854), que consiste en la liberación o absorción de calor

cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un

gradiente de temperatura.

Figura 9. Partes de un termopar industrial [13]

Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido

establecer tres leyes fundamentales:

23

1) Ley del circuito homogéneo. En un conductor metálico homogéneo no

puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación

exclusiva de calor.

2) Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la

temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la

suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente

independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si

se pusieran en contacto directo A y B.

3) Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar con

sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del

termopar con sus uniones a T1 y T2, y de la f.e.m. del mismo termopar con

sus uniones a las temperaturas T2 y T3.

Por estas leyes, se hace evidente que en un circuito se desarrolla una pequeña

tensión continua, proporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre que

haya una diferencia de temperaturas con la unión de referencia.

La selección del material de construcción de los alambres para termopares se

hace de forma que cumplan las siguientes características:

Resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación y a la cristalización.

Desarrollo de una f.e.m. relativamente alta.

Estables.

Baja resistencia eléctrica.

Bajo costo.

La relación entre la temperatura y la f.e.m. debe ser tal que el aumento de ésta

sea (aproximadamente) paralelo al aumento de temperatura. [12]

24

Los termopares más comunes son:

Termopar tipo E, de Níquel-Cromo (cromel)/Cobre-Níquel (constantan).

Puede usarse en vacío en atmosfera inerte o medianamente oxidante o

reductora. Es adecuado para temperaturas entre -200 °C y +900 °C.

Termopar tipo T, de Cobre/Cobre-Níquel (constantan). Tiene una elevada

resistencia a la corrosión por humedad atmosférica o condensación y puede

utilizarse en atmosferas oxidantes o reductoras. Se prefiere para medidas de

temperaturas entre -200 °C y +260 °C.

Termopar tipo J, de Hierro/Cobre-Níquel (constantan). Es adecuado para

atmosferas inertes y para temperaturas entre -200 °C y +1.200 °C.

Termopar tipo K, Níquel-Cromo (cromel) /Níquel-Aluminio (alumel). Se

recomienda en atmósferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 °C

y 1.250 °C. No debe ser utilizado en atmósferas reductoras ni sulfurosas, a

menos que esté protegido con un tubo de protección. Se utiliza para

temperaturas entre -40 °C y +1.100 °C.

Termopar tipo R, de Platino-13% Rodio/Platino. Se emplea en atmósferas

oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500 °C. Es más estable y

produce una f.e.m. mayor que el tipo S.

Termopar tipo S, (Platino-10% Rodio/Platino). De características similares

al tipo R. Poca sensibilidad (10 µV/°C).

Termopar tipo B, (Platino-30% Rodio/ Platino-6% Rodio). Adecuado para

altas temperaturas hasta los 1.800 °C. Poca sensibilidad (10 µV/°C).

25

Termopar tipo N, (84.6% Níquel-14% Cromo-1.4% Silicio)/ (95.6% Níquel-

0.4% Silicio). Protegido con aislamiento de óxido de berilio y camisa de

molibdeno y de tantalio, se emplea en atmósferas inertes o en vacío a las

temperaturas de trabajo de 0 °C a 2.316 °C. Se utiliza, cada vez con mayor

frecuencia para sustituir el tipo K, presentando una mejor estabilidad y

resistencia a la oxidación a altas temperaturas. [12]

Tabla 2. Tolerancias y temperaturas de trabajo de termopares. Norma IEC 584-1 [12]

2.4. Variador de frecuencia.

Un variador de frecuencia, (VFD: Variable Frequency Drive) es una unidad

de control utilizada para regular la velocidad en motores de corriente alterna (AC),

utilizando para tal fin la variación de frecuencia en el voltaje de alimentación del

motor.

26

Su principio de funcionamiento se basa en que la velocidad de sincronismo de

un motor de corriente alterna está determinada por el número de polos del estator y la

frecuencia del voltaje de alimentación.

Donde:

ƞRPM : Velocidad en revoluciones por minuto

f: Frecuencia de suministro.

p: Número de pares de polos del estator

Se compone principalmente de tres etapas:

1) Rectificación: Es la etapa inicial, la cual se encarga de rectificar la tensión de

alimentación del VFD, por medio de un puente trifásico de diodos o

rectificadores controlados.

2) Filtrado: Etapa intermedia conformada por un banco de condensadores, los

cuales permiten obtener una tensión DC.

3) Inversión: es un circuito de inversión controlado, compuesto comúnmente por

transistores IGBT, que son activados y desactivados en determinada secuencia

y mediante una modulación de ancho de pulso, generando de esta manera una

forma de onda cuadrada de voltaje DC a una frecuencia constante y cuyo

valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica

al motor. [14]

27

Figura 10. Circuito básico de un VFD y la señal obtenida a su salida [14]

2.5. Relé de estado sólido.

El SSR es un dispositivo híbrido basado fundamentalmente en transistores y

dispositivos ópticos, el cual permite aislar eléctricamente un circuito de mando o

control y un circuito de salida o potencia. Está formado por las siguientes etapas:

Circuito de entrada: en donde se opera el SSR con señales digitales de

control para su activación y desactivación, según el nivel lógico.

Aislamiento: lo constituye un acoplamiento óptico con semiconductor

mediante la utilización de un fotoacoplador, fototriac, fotodiodo, etc.

Detector de cruce por cero (En algunos modelos): Un SSR con función de

cruce por cero, conmuta cuando la tensión alterna de la carga se acerca o

alcanza el cruce por cero voltios. Esto le permite operar a niveles de tensión

muy bajos, traduciéndose en una buena inmunidad a interferencias parásitas

tanto a la entrada como a la salida del SSR.

Los SSR con función de cruce por cero son adecuados para cargas resistivas,

capacitivas e inductivas con factor de potencia entre 0.7 y 1.

28

Circuito de salida: Salida AC con tiristores antiparalelos o triacs, salida CC

con transistor bipolar o MOS FET, salida AC-CC con transistor MOS FET

(ya que tiene igual ganancia en directo que en inverso)

Protección frente a transitorios (en algunos modelos): Es implementado

mediante la utilización de redes RC, diodos, etc. [15]

2.6. Elementos en los sistemas de control neumáticos.

En muchos sistemas de automatización son requeridas la utilización de

dispositivos neumáticos, debido a que en muchas aplicaciones presentan ciertas

ventajas sobre sistemas eléctricos o hidráulicos. Entre los elementos más empleados

se encuentran los siguientes:

29

2.6.1. Electroválvulas.

Son dispositivos electromecánicos diseñados para controlar el paso de aire a

través de ellos. Funcionan bajo un sistema de Bobina-Muelle. Cuando son

energizadas se genera un campo magnético que atrae el núcleo y permite la

circulación de aire a través de la válvula. Por el contrario, mientras no está energizada

la bobina, el muelle devuelve al núcleo a su posición de reposo, interrumpiendo la

circulación de aire. [16]

Figura 11. Sistema Bobina-Muelle de una electroválvula. [16]

2.6.2. Válvulas con accionamiento de rodillo.

Este tipo de válvulas actúan como un final de carrera. Funcionan mediante la

acción de un muelle que en estado de reposo interrumpe la circulación de aire a través

de ella. Cuando el rodillo es presionado y se vence la fuerza ejercida por el muelle, se

activa la circulación de aire a través de la válvula, de esta manera permite detectar el

accionamiento o posición de cualquier mecanismo en el proceso. [17]

30

Figura 12. Válvula con accionamiento de rodillo. [17]

2.6.3. Válvulas distribuidoras.

Son dispositivos que controlan el flujo de aire en los sistemas neumáticos,

abriendo y cerrando sus vías internas. Su principal función de las válvulas

distribuidoras es controlar el accionamiento y posición de los actuadores neumáticos

que componen estos sistemas.

El accionamiento o conmutación de estas válvulas a sus diferentes posiciones

de trabajo puede ser realizado mediante:

Botón pulsador.

Mando por palanca.

Muelle.

Rodillo palpador.

Mando electromagnético.

Mando por presión (Con válvula de pilotaje neumático) [18]

2.6.3.1. Válvulas distribuidoras 3/2 vías.

Estas válvulas poseen tres vías de conexión y dos posibles posiciones de

trabajo. Son utilizadas para realizar un acción ON/OFF sobre un elemento final de

control. Existen dos modelos: normalmente abierta (NA) y normalmente cerrada

(NC). Sus conexiones o vías son las siguientes:

1) Entrada: suministro de aire comprimido

31

2) Salida: hacia el elemento final de control.

3) Retorno: abierta hacia la atmósfera

El funcionamiento de una válvula distribuidora 3/2 - NC es el siguiente:

En estado de reposo se mantiene bloqueada la entrada (1), mientras que la

salida (2) y retorno (3) se encuentran conectadas, permitiendo la circulación

de aire entre ellas.

Cuando la válvula es accionada, se abre el paso entre entrada (1) y (2) y se

cierra (3). Activando de esta manera el elemento final de control.

Cuando la válvula vuelve al estado de reposo, el aire contenido en el elemento

final de control es liberado a través de (3).

Su aplicación más común es el control de cilindros de simple efecto y vibradores.

[18]

Figura 13. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras 3/2 vías [18]

2.6.3.2. Válvulas distribuidoras 5/2 vías.

Estas válvulas poseen cinco vías y dos posiciones de trabajo, su uso más

extendido es para el control de cilindros de doble efecto ya que permiten controlar el

movimiento de salida y el de retroceso del vástago del cilindro. Para ello cuentan con

dos salidas y dos retornos.

32

Figura 14. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras 5/2 vías [19]

Las cinco vías o conexiones de una válvula 5/2 son las siguientes:

Entrada (P): Suministro de aire comprimido.

Salida (A): Al actuador.

Salida (B): Al actuador.

Retorno (R): Conexión hacia la atmósfera.

Retorno (S): Conexión hacia la atmósfera.

En estado de reposo la válvula permite la circulación de aire desde (P) hacia

(B), manteniendo al vástago del cilindro en esa posición. El aire residual del otro lado

de la cámara, sale a la atmósfera siguiendo el camino desde (A) hasta (R).

Cuando es accionada la válvula se permite la circulación de aire desde (P)

hacia (A) y el vástago sale del cilindro, mientras que el aire contenido al otro lado

dela cámara es liberado a la atmósfera siguiendo la trayectoria desde (B) hasta (S).

[19]

2.6.4. Actuadores neumáticos.

Son los elementos finales de control en un sistema neumático. Su clasificación

es la siguiente:

Actuadores lineales.

Actuadores rotativos.[20]

33

2.6.4.1. Actuadores lineales.

También conocidos como cilindros neumáticos o pistones, representan los

actuadores más comunes en los sistemas de control neumáticos. Se clasifican

fundamentalmente en:

Cilindros de simple efecto: tienen una sola entrada de aire para activar el

movimiento en un solo sentido.

Cilindros de doble efecto: tienen dos entradas de aire que les permite

controlar el movimiento del cilindro en ambos sentidos.[20]

2.6.4.1.1. Cilindros de simple efecto.

Este tipo de cilindro efectúa su trabajo en un solo sentido. El émbolo es

retornado a su posición de inicio cuando se suspende la entrada de aire por medio de

un resorte interno o utilizando otro sistema externo.

Existen de dos tipos, según la posición del émbolo cuando no está conectado

al suministro de aire:

Normalmente dentro.

Normalmente fuera.

El consumo de aire de estos cilindros es más bajo que en un cilindro de doble

efecto, sin embargo el impulso del embolo se ve reducido por la acción del resorte

interno. Para aumentar dicho impulso se recurre a cilindros de mayor diámetro

interno. Entre sus aplicaciones destacar las tareas de marcar, sujetar, expulsar, abrir,

empujar y cortar. [20]

34

Figura 15. Cilindro neumático de simple efecto. [20]

35

2.6.4.1.2. Cilindros de doble efecto.

Los cilindros de doble efecto son los que tienen dos entradas de aire

comprimido, cada una conectada a una cámara diferente y en donde la división entre

dichas cámaras es realizada por el émbolo. Esto le permite realizar un movimiento de

avance y un movimiento de retroceso. Para lograr tal funcionamiento se emplea un

émbolo que puede ser accionado por ambas caras.

Lo que se debe asegurar para su correcto funcionamiento es la existencia de

una diferencia de presión entre ambas entradas de aire comprimido. Por ello, mientras

una recibe aire a presión, la otra es comunicada a la atmósfera, y viceversa.

El campo de aplicación es mucho más amplio que el de los cilindros de simple

efecto ya que ofrecen las siguientes ventajas:

Una mayor longitud de desplazamiento o carrera.

No hay pérdida de fuerza debido a que no existe un resorte o muelle de

oposición.

Permiten controlar el movimiento del actuador en ambos sentidos. [20]

Figura 16. Cilindro neumático de doble efecto. [20]

36

2.6.4.2. Actuadores rotativos.

Este tipo de actuadores están encargados en transformar la energía del aire

comprimido en energía mecánica de rotación, en el cual su ángulo de giro puede estar

limitado o no. Su clasificación es la siguiente:

Actuadores de giro limitado: son aquellos que no llegan a proporcionar una

revolución en su movimiento de giro. Existen disposiciones de simple y doble

efecto para ángulos de giro de 90°, 180°…. hasta un valor máximo de unos

300° (aproximadamente).

Motores neumáticos: son aquellos con los que se obtiene un movimiento

rotativo constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de

revoluciones por minuto.

Vibradores neumáticos: Es un tipo especial de motores neumáticos

en los que se consigue un par de trabajo excéntrico a consecuencia de

utilizan un rotor desbalanceado. Debido a las grandes velocidades en

los que pueden operar, se pueden conseguir potentes vibraciones. Son

ampliamente utilizados en el transporte de material en la industria

alimenticia, farmacéutica, y metalmecánica. [20]

37

CAPÍTULO III

3. MÁQUINA ENVOLVEDORA VERTICAL FAMA

3.1. Generalidades del sistema original.

La máquina de dosificación y empaquetado vertical a la que se hace

referencia, es un modelo fabricado en Venezuela en la década de los años 90, con la

función de elaborar envoltorios de queso parmesano de 100 g de peso. Entre las

características principales de esta máquina se encuentran:

La máquina cuenta con dos módulos de control de temperatura para las

resistencias de sellado: transversal y longitudinal.

El sistema de control de la máquina para los procesos de dosificación y

fabricación de envoltorios es realizado mediante lógica cableada y

sincronización mecánica.

El sincronismo de la máquina se realiza utilizando un sistema de levas que

están acopladas a un eje de rotación a la salida de la caja reductora de

motor de inducción trifásico. Estas levas accionan en determinado

momento un conjunto procesos mecánicos y eléctricos, tales como

activación del pistón neumático de sellado horizontal, movimiento de

sellado vertical, cuchilla de corte (mordaza), carga y descarga del

compartimiento de dosificado, arrastre de la cinta de PE-LD y por último

el movimiento de la cinta transportadora.

La elaboración de los envoltorios se realiza utilizando una bobina de (PE-

LD) de 20 centímetros de ancho.

38

Los envoltorios se realizan mediante tres termosoldaduras por contacto

directo: dos transversales y una longitudinal.

El producto a dosificar es almacenado previamente en una tolva ubicada

en la parte superior de la máquina, esta tarea es realizada de forma manual

por el operador del equipo.

Utiliza un sistema de dosificación volumétrica, es decir, la cantidad de

producto a dosificar corresponde a la almacenada en un compartimiento

de volumen específico.

La dosificación que realiza la máquina para cada envoltorio es solo de 100

g, ya que el diseño de la máquina no permite intercambiar el

compartimiento asociado.

La forma del empaque es de tipo “cojín”.

El panel de control se conforma por un interruptor trifásico de

energización, dos módulos de control de temperatura, un interruptor de

activación de dichos módulos, un interruptor de inicio de proceso, un

piloto que indica si las resistencias se encuentran a la temperatura de

operación y un piloto de inicio del proceso.

39

3.1.1. Puesta en marcha.

A continuación se indica la secuencia de inicio del sistema:

1) Cargar la tolva con el producto.

2) Activar la entrada de aire comprimido.

3) Activar el interruptor de energización trifásica.

4) Activar las resistencias de sellado. Cuando se alcanza la temperatura de

operación se enciende el piloto respectivo y se habilita el interruptor de inicio.

5) Activar el inicio del proceso. Simultáneamente se enciende el piloto

respectivo.

Figura 17. Envolvedora vertical marca FAMA. Vista frontal. [21]

40

Figura 19. Sistema de dosificación volumétrica instalado en el sistema original [21]

Figura 18. Conexión de bobina de PE-LD [21]

41

3.1.2. Funcionamiento.

En líneas generales el funcionamiento de la máquina consiste en un motor de

inducción trifásico, el cual arrastra la cinta de polietileno hasta la unidad de

formación de envoltorios y luego hasta la unidad de sellado térmico donde se realizan

los envoltorios.

Simultáneamente, utilizando el mismo motor, es desplazado hasta el tubo de

descarga de material, el compartimiento que contiene la cantidad específica de queso

parmesano, en ese momento el producto cae por gravedad hasta del envoltorio justo

antes de sellarlo y de realizar el respectivo corte para que caiga en la cinta

transportadora. Para comprender el principio de operación, en la Figura 20 se

presenta una vista transversal de la máquina para observar con más detalle sus

principales componentes.

Figura 20. Vista transversal de la máquina.

42

3.1.2.1. Conexión de la bobina de PE-LD.

La elaboración de los envoltorios se realiza utilizando una bobina de hoja

plana de PE-LD, la cual es instalada en la parte posterior de la máquina, siendo

transportada a través de un conjunto de rodillos que la mantienen ajustada y facilitan

su traslado hasta la unidad de formación de envoltorios.

Figura 21. Conexión de la bobina de PE-LD.

3.1.2.2. Unidad de formación de envoltorios

Luego de ser transportado entre el conjunto de rodillos, el film de PE-LD

llega hasta la unidad de formación de envoltorios. Esta pieza se encarga de darle

forma cilíndrica al film de PE-LD, recubriendo el tubo de descarga.

Figura 22. Unidad de formación de envoltorios.

43

3.1.2.3. Construcción de los envoltorios.

Posteriormente, luego de recubrir el tubo de descarga, el film de PE-LD sigue

su recorrido hasta llegar a la unidad de sellado térmico por contacto directo, la cual se

compone de un conjunto de tres resistencias de 600 W de potencia con alimentación

de 120 VAC, una dispuesta de manera longitudinal y las dos restantes de manera

transversal. La temperatura de operación de las resistencias es de 110 °C, las cuales

son medidas utilizando dos termopares Tipo K.

Figura 23. Sellado térmico longitudinal. Vista lateral

Primero es realizado el sellado térmico longitudinal, el cual está sincronizado

con el movimiento del motor de la máquina, el eje de rotación y una leva conectada a

dicho eje.

Figura 24. Sellado térmico transversal inferior y superior. Vista lateral

A continuación, se efectúa el sellado transversal superior e inferior, ambos son

accionados simultáneamente utilizando un pistón neumático. Esta acción es ejecutada

44

luego de realizarse la dosificación del producto dentro del envoltorio, de esta manera

se cierra el empaque en curso y se realiza el sellado térmico inferior del próximo

envoltorio.

Es importante acotar que al ejecutarse el movimiento de este pistón (sellado

transversal inferior y superior) también se realiza paralelamente la activación de una

mordaza dispuesta entre ambas resistencias, con el propósito de separar el envoltorio

terminado del envoltorio que lo sigue y que aún está vacío.

3.1.2.4. Motor y eje de accionamiento

El sincronismo de la máquina se realiza mediante la utilización de un motor

de inducción trifásico conectado a un eje de rotación, en el cual existen un conjunto

de levas adaptadas a distintas alturas.

Figura 25. Motor principal y su conexión al eje de accionamiento.

45

Mediante el movimiento rotacional del eje, según la posición de estas levas,

se activan y desactivan distintos procesos del sistema en determinados momentos,

mediante sistemas mecánicos y electromecánicos (finales de carrera).

Los datos de placa de este motor son los siguientes:

Tabla 3. Datos de la placa del motor principal del sistema.

Figura 26. Placa del motor principal. [21]

46

3.1.2.5. Sistema de arrastre del film de PE-LD.

El movimiento de arrastre del film de PE-LD es realizado en determinados

momentos por un conjunto especial de rodillos, dispuestos a la salida del tubo de

descarga, específicamente entre los procesos de sellado longitudinal y transversal.

Debido a que en determinados momentos no se puede arrastrar el film de PE-LD

(mientras se realiza el sellado longitudinal), el movimiento de los rodillos de arrastre

es activado periodicamente a traves de un cloche magnético, el cual a su vez es

accionado por una leva del eje de rotación que conmuta un interruptor final de

carrera.

Figura 27. Mecanismo de arrastre del film de PE-LD.

3.1.2.6. Sistema de dosificación volumétrica.

El sistema de dosificación instalado se compone de una tolva principal donde

es almacenado el producto, y de una bandeja móvil donde se encuentra un depósito

calibrado, el cual es el encargado de transportar la carga a dosificar. La bandeja se

encuentra conectada al eje de rotación de la máquina, el cual la desplaza linealmente

de un lado a otro. El proceso es el siguiente:

Inicialmente la bandeja es dispuesta en la parte inferior de la tolva principal,

en este momento se llena el compartimiento de dosificación hasta su límite superior

por gravedad.

47

Seguidamente la bandeja es desplazada hasta la entrada del tubo de descarga

de material, en dicha posición la parte inferior del compartimiento de dosificación

queda libre y el producto cae sin ningún problema hasta el envoltorio en curso a

través del tubo de descarga

Figura 28. Sistema de dosificación volumétrica.

3.1.2.7. Cinta transportadora

La cinta transportadora se encuentra conectada permanentemente al

movimiento del motor través del eje de rotación. Su función es extraer los envoltorios

de la máquina para su posterior almacenamiento.

Figura 29. Cinta transportadora del producto final

48

3.2. Propuesta de modificaciones de la máquina envolvedora vertical.

Para alcanzar el objetivo de optimizar el funcionamiento y operación de la

máquina, fue necesario realizar modificaciones en el sistema de dosificación y en

algunas piezas de diversas partes del proceso. A continuación se enumeran tales

modificaciones:

1) El sistema de dosificación.

2) La unidad de formación de envoltorios

3) Resistencias de sellado transversal

4) Mordaza o cuchilla de corte

5) Rodillos de transporte de la cinta de PE-LD.

Adicionalmente se instaló un sistema de transporte de material utilizando para

tal propósito un tornillo sin fin controlado por un motor de inducción trifásico de

iguales características que el motor principal. El objetivo es sustituir el llenado

manual de la tolva principal realizado por el operador por un método automatizado.

3.2.1. Sistema de dosificación.

Inicialmente se evaluaron dos propuestas para realizar el transporte de materia

prima en el proceso de dosificación:

Sistema de desplazamiento vibratorio.

Sistema de desplazamiento mediante cinta transportadora

La siguiente tabla resume los requerimientos del proceso, así como las

características de cada propuesta:

49

Tabla 4. Estudio y selección del sistema de dosificación.

Adicionalmente se tomó en consideración que para el transporte de queso

parmesano las cintas transportadoras tienen la desventaja de que parte del producto se

queda adherido a la superficie de la banda, como se pudo confirmar en otros procesos

de la planta en la cual han implementado este sistema de transporte de material.

Finalmente la propuesta seleccionada es el sistema de desplazamiento

vibratorio, ya que se adapta mejor a los requerimientos del proceso.

La siguiente etapa en el sistema de dosificación es la utilización de una tolva

de pesaje cuyo elemento principal es una celda de carga, la cual es utilizada para

obtener la medición en tiempo real de la cantidad de producto a dosificar. Todo el

conjunto del sistema de dosificación funciona de la siguiente manera:

El producto es cargado en una tolva principal.

Posteriormente el producto es transportado por una canaleta hasta una tolva de

pesaje, en dicha canaleta se encuentra instalado un dispositivo vibratorio cuya

función es activar el desplazamiento del producto.

Por otro lado, la tolva de pesaje se encuentra conectada a una celda de carga,

cuando es alcanzado el peso seleccionado se desactiva el movimiento

vibratorio en la canaleta y con ello el desplazamiento de producto.

50

Finalmente, la activación un pistón neumático realiza la apertura de la

compuerta de descarga de la tolva de pesaje y el material cae a través del tubo

de descarga hasta el envoltorio en curso.

Figura 30. Sistema de dosificación por masa.

3.2.2. Versatilidad en el tamaño de los envoltorios.

Ya que el requerimiento del cliente era poder elaborar envoltorios

principalmente entre un rango de 250 g y 1500 g, fue necesario determinar un tamaño

específico para el ancho de la bobina de PE-LD que se utilizaría en la elaboración de

los empaques, de modo tal que no afectara la presentación del producto final.

En base a lo anteriormente planteado, se eligió una bobina de PE-LD de 40

cm de ancho. Pero existen ciertas etapas sistema en las que las dimensiones de sus

piezas están determinadas de acuerdo al ancho del film a utilizar, y en el sistema

original se ajustaban para trabajar con una bobina de PE-LD de 20 cm de ancho.

Tales piezas son las siguientes:

El conjunto de rodillos que componen el sistema de conexión de la bobina de

PE-LD.

La unidad de formación de envoltorios.

Las resistencias de sellado transversal.

La cuchilla de corte o mordaza

51

Figura 31. Esquema actual de la máquina envolvedora vertical.

3.3. Requerimientos de la máquina envolvedora vertical.

Al implementar un sistema de dosificación por masa y la automatización de

todo el proceso, el cliente desea:

1) Controlar la cantidad de producto durante la elaboración de los envoltorios.

2) Definir previamente la cantidad de envoltorios que desea producir.

3) Automatizar el sistema de llenado de la tolva principal.

4) Controlar la velocidad del proceso.

5) Permitir un control manual de cada etapa de la línea de producción para

facilitar las labores de mantenimiento.

52

3.4. Variables de proceso de la máquina envolvedora vertical.

En base al levantamiento de información realizado en la evaluación de la

máquina y a los requerimientos del cliente, se definen las variables de proceso que

deben ser controladas durante su operación y funcionamiento. Las mismas son

enumeradas a continuación:

1) Peso del producto a dosificar.

Se debe realizar una medición en tiempo real de la cantidad de producto

existente en la tolva de pesaje, para posteriormente realizar la dosificación

dentro del envoltorio en curso una vez que se alcance el peso programado por

el operador.

2) Temperatura de la resistencia de sellado longitudinal.

Debido a las características del sistema y del film de PE-LD utilizado para la

fabricación de los envoltorios es necesario mantener dicha resistencia en una

temperatura de operación que garantice un óptimo sellado térmico.

3) Temperatura de las resistencias de sellado transversal.

De igual manera, es necesario controlar la temperatura de operación de estas

resistencias.

4) Velocidad del motor principal de la máquina.

Para controlar la velocidad del proceso es necesario realizar un control de

velocidad para el motor de la máquina, el cual es un motor de inducción

trifásico.

53

5) Nivel alto de material en la tolva principal.

La obtención del estado de esta variable determinará funcionamiento del

tornillo de desplazamiento de material desde la tolva de almacenamiento hasta

la tolva principal, y de esta manera garantizar la existencia de producto en la

línea de producción.

6) Posición del mecanismo de sellado longitudinal

La posición de dicho mecanismo determinara la activación o desactivación del

sistema de arrastre del film de PE-LD. El sistema de arrastre no debe ser

activado simultáneamente cuando se realiza el sellado longitudinal, ya que en

ese preciso instante el film de PE-LD queda presionado entre la resistencia

asociada y el tubo de descarga de material.

54

CAPÍTULO IV

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL

4.1. Generalidades del diseño del sistema de control.

Luego de evaluar y recopilar toda la información sobre la máquina

envolvedora vertical en estudio: funcionamiento, componentes, requerimiento del

cliente y variables de proceso a controlar, el siguiente paso es el diseño del sistema de

control de todo el proceso, para lo cual se deben realizar los siguientes pasos:

Elaboración del Diagrama de Instrumentación y Tuberías. (P&ID).

Estudio y selección de dispositivos.

Estudio y selección de conductores.

Diseño del tablero de control

Elaboración de los planos del tablero de control.

Desarrollo del programa de automatización del proceso

Todo lo anterior hecho bajo las normas nacionales e internacionales que rigen

tales proyectos, como lo son: el AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI/ISA-

5.1-2009 (Sobre Identificación y símbolos de instrumentación), el CÓDIGO

ELÉCTRICO NACIONAL DE VENEZUELA ed.2009 (CEN), el IEC 60617 (Símbolos

gráficos para esquemas eléctricos), la COVENIN 2811:1998 (Tableros eléctricos de

media y baja tensión), la IEC 61131-3 (Lenguajes de programación para PLC), entre

otras.

4.2. Diagrama de instrumentación y tuberías del sistema.

El Diagrama de Instrumentación y Tuberías (P&ID) es empleado para

identificar dentro del sistema de control todos los elementos que lo componen,

55

mediante una simbología, un código e identificación específica, permitiendo de esta

manera tener una clara idea y entender el funcionamiento del proceso.

56

Fig

ura

32. D

iagram

a de In

strum

entació

n y

Tuberías

57

Figura 33. Leyenda del P&ID del proceso

4.2.1. Lazos de control del proceso.

A continuación se describen los ocho (8) lazos de control que regulan el

funcionamiento y operación de la máquina envolvedora vertical:

1) Control de velocidad del proceso.

Se realiza controlando la velocidad del motor principal (M1), a través del

Controlador e Indicador de Velocidad (SIC/1-2) y el Controlador de Velocidad

(SC/1).

2) Transporte de material hasta la tolva principal.

Por medio de este lazo de control se activa el transporte de material desde la

tolva de almacenamiento hasta la tolva principal. Esto es realizado activando el

motor del tornillo alimentador (M2).

58

Dicho motor me mantendrá activo hasta que el Transductor de Nivel Alto

(LTH/1) indique que la tolva principal ya se encuentra llena.

Esta operación es controlada por el Controlador e Indicador de Velocidad

(SIC/1-2) y la Unidad de Control (UC/1-2).

3) Control de la cantidad de producto a dosificar.

Esta función es realizada utilizando el Vibrador neumático (VN1) para

transportar el producto desde la tolva principal hasta la tolva de pesaje.

Paralelamente se obtiene la cantidad almacenada en la tolva de pesaje a través del

Transmisor de Peso (WT/1). Esta operación es controlada por el Controlador e

Indicador Neumático (NIC/1-4) y el Controlador e Indicador de Peso (WIC/1).

4) Descarga del producto.

Cuando se alcanza el peso deseado en la tolva de pesaje, se procede a la

apertura de la compuerta de descarga por medio del Cilindro Neumático (P1) y a

la activación del Vibrador Neumático (VN2) para evitar el apelmazamiento del

producto en el tubo de descarga. Esta operación es controlada por el Controlador

e Indicador Neumático (NIC/1-4).

5) Sellado transversal y activación de la mordaza.

Luego de dosificar la cantidad de material dentro del envoltorio, se realiza el

sellado transversal y la activación de la mordaza que corta el envoltorio

terminado. Esta tarea se realiza activando el Cilindro Neumático (P2), el cual está

conectado mecánicamente a la resistencia de sellado R2. ). Esta operación es

controlada por el Controlador e Indicador Neumático (NIC/1-4).

6) Control de temperatura de operación de la resistencia de sellado

longitudinal.

59

La energización de la resistencia R1 se realiza en función de la información

proporcionada por el Transductor de temperatura (TT/1). Esta operación es

controlada por el Controlador e Indicador de Temperatura (TIC/1-2).

7) Control de temperatura de operación de las resistencias de sellado

transversal.

La energización de la resistencia R2 se realiza en función de la información

proporcionada por el Transductor de temperatura (TT/2). Esta operación es

controlada por el Controlador e Indicador de Temperatura (TIC/1-2).

8) Transporte del film de PE-LD.

Dicha operación es realizada con la activación del Embrague Magnético

(MC1), pero está sujeta a la información obtenida a través del Indicador de

Estado (YI/2). Esta operación es controlada por la Unidad de Control (UC/1-2).

60

Tabla 5. Lazos de control del proceso

4.3. Selección de equipos y dispositivos.

La clave para la correcta realización del diseño de un sistema de control es el

análisis de todo el conjunto de condiciones de funcionamiento. Es fundamental que el

conjunto de condiciones del sistema de control tenga toda la información necesaria

para la realización del proyecto, ya que la misma guarda una estrecha relación con los

componentes de la parte operativa. En base a dicha información y a distintos criterios

se realiza la selección de los equipos y dispositivos a emplear en el diseño del sistema

de control.

A continuación se presentan algunas condiciones y criterios que deben ser

evaluados para determinar las características de los instrumentos y componentes:

61

Generales: normas, recomendaciones, tipo de material, características de la

red de alimentación, espacio disponible.

Utilización: frecuencia de uso, disposición de mandos.

Características funcionales: campo de medida, exactitud en las mediciones,

funciones requeridas, posibles ampliaciones, tipo de HMI requerida,

periféricos, comunicación, conectividad, entre otras.

Ambiente: clasificación del lugar, tipo de atmósfera, existencia de polvo,

temperatura ambiente, nivel de vibraciones mecánicas, nivel de humedad,

nivel de exposición a la intemperie.

Posteriormente y en base a la información recopilada, se realiza la elección

del tipo de tecnología a utilizar y todos los equipos requeridos, asegurando siempre la

compatibilidad entre ellos.

62

4.3.1. Planteamientos iniciales.

Para comenzar es importante destacar que en el lugar de operación de la

máquina envolvedora vertical se cuenta con:

Suministro eléctrico trifásico de 208 VAC (3Ø + N)

Suministro de aire comprimido no menor a 5 bar.

En cuanto a las condiciones de operación y exigencias del cliente es necesario

tener en cuenta:

1) La máquina presentará un alto nivel de vibración mecánica, debido a la

utilización de:

Dos motores de inducción trifásicos.

Dos cilindros neumáticos de doble efecto, utilizados en el proceso de

sellado transversal y descarga.

Tres vibradores que controlan los procesos de dosificación y descarga.

Otros mecanismos, cadenas, ejes y engranajes.

2) Debido al tipo de producto a tratar y otras líneas de producción en la planta, se

verificó que los instrumentos y equipos estarán expuestos a considerables

cantidades de partículas derivadas del procesamiento de queso.

3) Es necesario la utilización de una HMI robusta y de fácil interacción que

facilite el ingreso y lectura de datos por parte del operador de la máquina.

Adicionalmente se plantea utilizar señales de control con niveles de 0 – 24

VDC, con la finalidad de aumentar las condiciones de seguridad del operador durante

su interacción con la máquina y su estructura.

63

4.3.2. Selección de la tecnología a emplear.

Las tecnologías actualmente disponibles para la realización de un sistema de

control son básicamente: electromecánica, neumática o electrónica (autómatas

programables, micro y mini ordenadores y tarjetas electrónicas estándar o

específicas).

Sin embargo, existen algunos criterios (según el Manual de Tecnologías de

Control Industrial de Schneider Electric) que nos permiten realizar una correcta

selección:

Viabilidad: nos permite descartar las tecnologías que no permiten cumplir

todo el conjunto de condiciones.

Optimización: su objetivo es reducir al mínimo el coste global durante el ciclo

de vida útil de la máquina (compras, instalación, puesta a punto, flexibilidad,

gestión, mantenimiento…).

En principio la elección de una tecnología electrónica es correcta, debido

principalmente a la capacidad de programar fácilmente la ley de control bajo la cual

funcione el sistema.

Pero entre todas las opciones que abarca este tipo de tecnología, y

considerando todos los requerimientos y condiciones de trabajo para diseñar el

sistema de control de la máquina envolvedora vertical bajo estudio, la utilización de

un Autómata Programable presenta claramente una mayor viabilidad y nivel de

optimización, debido principalmente a las condiciones del entorno industrial a la que

estará sometido.

Finalmente, debido a las características generales del proceso y cantidad de

lazos de control, no se considera necesario establecer un sistema de control

distribuido (varios autómatas trabajando en conjunto). Por esta razón se plantea la

64

realización de un sistema de control centralizado, ya que con un solo autómata se

pueden satisfacer todos los requerimientos del sistema

4.3.3. Selección del controlador lógico programable.

En el proceso de selección se evaluaron los siguientes equipos:

Un PLC Siemens, modelo S7-1200 1214C DC/DC/DC, con un módulo de

señales analógicas Siemens SM 1234.

Un PLC OMRON, modelo CP1H-XA40D

La selección del controlador lógico programable se realizó fundamentalmente en

base a dos criterios:

Características Cuantitativas

Características Cualitativas

65

Tabla 6. Estudio comparativo para la selección del PLC.

Las principales características cuantitativas de ambos equipos satisfacen los

requerimientos del sistema, sin embargo el factor determinante fueron algunas

características cualitativas: fiabilidad y previsión de repuestos en el país. La Tabla Nº

5 muestra la comparación realizada entre ambos equipos.

Como resultado se obtuvo que el PLC Siemens S7-1200 es el que mejor se

adapta a los a nuestras necesidades. [23]

4.3.4. Selección de la HMI.

66

Debido a los requerimientos del sistema el componente principal de la HMI lo

constituye una pantalla táctil analógica resistiva de alta resolución diseñada para

trabajar en entornos industriales.

La selección de esta pantalla se realizó de acuerdo al controlador seleccionado

previamente, garantizando de esta manera una completa compatibilidad en la

transferencia de datos e instrucciones y explotar de esta forma todos los beneficios

que nos ofrece. El dispositivo seleccionado es una pantalla Siemens SIMATIC HMI

Basic Panel: modelo KTP700 Basic, con la cual podemos obtener:

Comodidad en la lectura e ingreso de datos debido a su diseño y área activa de

la pantalla (154,1 x 85,9 mm (7")).

Alta calidad en la representación gráfica debido a su resolución (800 x 480

píxeles).

Gran capacidad de memoria de datos y memoria de programa (256 MB y 512

MB respectivamente)

Esta pantalla permitirá al operador:

1) Programar la cantidad de producto a dosificar.

2) Controlar la velocidad del proceso.

3) Monitorear el estado de las variables de proceso

4) Seleccionar el modo de operación: Automático/Manual.

5) Programar la cantidad de envoltorios a elaborar.

Adicionalmente la HMI contará con:

Un interruptor principal trifásico, que permite energizar toda la máquina.

Un pulsador de emergencia con retención de color rojo.

Un interruptor mecánico que habilita el suministro de aire comprimido.

[24]

4.3.5. Selección de la fuente de alimentación DC.

67

La elección de la fuente de alimentación DC es de vital importancia para el

correcto funcionamiento de la máquina, ya que además de energizar el controlador

principal, esta fuente estará encargada de alimentar los siguientes dispositivos:

La pantalla de la HMI.

El módulo de entradas analógicas.

El módulo transductor de peso.

El sensor de la tolva principal.

El sensor que detecta la posición de sellado longitudinal.

Todas las electroválvulas neumáticas.

Los relés de estado sólido.

Se evaluaron los siguientes equipos:

Una fuente Schneider modelo: ABL8REM24050

Una fuente Siemens modelo: SITOP MODULAR 6EP1 333-3BA00

Ambos equipos son de excelente calidad y satisfacen con creces las exigencias

de nuestro diseño, sin embargo se seleccionó la fuente Schneider por presentar una

mejor relación calidad/precio. [25]

La Tabla Nº 7 muestra los requerimientos y la comparación entre las dos

fuentes de poder evaluadas.

68

Tabla 7. Estudio comparativo para la selección de la fuente de 24 VDC.

4.3.6. Selección del variador de frecuencia.

Mediante este equipo se realizará el control de velocidad del motor principal

del sistema (M1), a través del controlador programable. Para ello es importante la

selección de un VFD que además de ser capaz de controlar un motor con las

características del utilizado en el proceso, debe poseer características de

comunicación compatibles con el módulo de señales analógicas del PLC seleccionado

en el punto 4.3.4.

El equipo seleccionado es un VFD de Schneider Electric modelo

ATV12H075M2, el cual además de satisfacer los todos los requer