UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA-TEPEJI … · A mi asesor industrial y jefe inmediato Ingeniero...
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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA-TEPEJI Optimización del sistema de control eléctrico para la línea de tostada horneada en el área de horneo y enfriamiento de la empresa Barcel S.A. de C.V. Atitalaquia, Hidalgo. Proyecto profesional que para obtener el título de: Ingeniero en Mantenimiento Industrial Presenta: Francisco Javier Medina Hernández. Mtro. Ramón Alejandro García Maldonado Ing. José Soto Lugo Asesor Académico Asesor Industrial
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA-TEPEJI
Optimización del sistema de control eléctrico para la línea de
tostada horneada en el área de horneo y enfriamiento de la empresa
Barcel S.A. de C.V. Atitalaquia, Hidalgo.
Proyecto profesional que para obtener el título de:
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta: Francisco Javier Medina Hernández.
Mtro. Ramón Alejandro García Maldonado
Ing. José Soto Lugo
Asesor Académico Asesor Industrial
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco principalmente a Dios por haberme dado una vez más la oportunidad
de seguir y concluir con un sueño más en mi vida, por darme fe y voluntad para
seguir adelante.
A mis padres por inculcarme valores tan grandes como la humildad, la entrega, la
responsabilidad, el amor a la familia y el amor a Dios que en mi vida han sido pilares
muy importantes para lograr todos mis objetivos y metas; también les agradezco por
brindarme su apoyo y compresión en todo momento ya sea malo o bueno. Los amo
Gracias.
A mi esposa por llegar a formar parte de mi vida en un momento tan importante en
mi vida, por ser paciente y comprensiva, por soportar desvelos y sacrificios en estos
últimos cuatrimestres, por estar siempre a mi lado en todo momento, pero sobre
todo por ser una gran fuente de motivación e inspiración para continuar triunfando
en la vida. Te amo
Gracias.
A mi hermana por motivarme para iniciar el sueño llamado ingeniería, por
brindarme su compañía y apoyo, por todos los momentos maravillosos que
pasamos juntos como estudiantes. Te amo hermana
Gracias
Al Ingeniero Adolfo Canto Flores por darme la facilidad de poder trabajar y estudiar
a la vez, por estar al pendiente de mi formación de estudiante y por motivarme a
concluir con la carrera.
Gracias.
A mis compañeros de trabajo que siempre conté con su ayuda pero sobre todo con
su amistad, gracias a todos por enseñarme algo nuevo cada día en especial a Jorge
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Dorantes, Saúl Peña, Germain Uribe, Víctor Avalos, Oscar Melgarejo, Salvador
García, Víctor Robles y Braulio Vega.
Gracias.
A mi asesor industrial y jefe inmediato Ingeniero José Soto Lugo por sus sabios
consejos y por todo el apoyo brindado en esta etapa final de la carrera.
Gracias.
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ÍNDICE
Introducción ........................................................................................ …………………………3
Antecedentes............................................................................................................................. 4
Visión ........................................................................................................................................ 4
Misión ....................................................................................................................................... 4
Planteamiento del Problema...................................................................................................... 5
Objetivo General ...................................................................................................................... 6
Objetivo Específicos ............................................................................................................... 7
Justificación .............................................................................................................................. 8
Capítulo I Marco Teórico .................................................................................. 9
I.1 Conceptos de PLC ............................................................................................................. 10
I.2 Funciones de un PLC ....................................................................................................... 12
I.2.1 Modo de funcionamiento ........................................................................................... 13
I.3 Entradas y salidas de un PLC ........................................................................................... 14
I.3.1 Tipos de dispositivos de entrada y salida ................................................................. 14
I.4 Interfases de entrada .......................................................................................................... 15
I.5 Interfases de salida ............................................................................................................ 16
I.6 Lenguaje de programación para PLC ................................................................................. 18
I.6.1 Tipos de lenguaje de programación para PLC .......................................................... 19
I.7 SLC-500 ............................................................................................................................. 20
I.8 Tipologías de redes de comunicación ................................................................................ 21
Capítulo II Situación actual del problema ...................................................... 23
II.1 Evaluación de condiciones de línea .................................................................................. 24
II.2 Estudio Técnico actual .................................................................................................... 25
Capítulo III Propuesta de solución al problema ............................................. 26
III.1 Recopilación de información técnica ................................................................................ 27
III.2 Levantamiento en campo de datos técnicos de motores ................................................. 27
III.3 Inventario de elementos de control .................................................................................. 27
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III.4 Elaboración de diagrama unifilar ..................................................................................... 28
III.5 Layout de línea ................................................................................................................ 28
III.6 Distribución de fuerza ...................................................................................................... 28
III.7Distribución de control ...................................................................................................... 29
III.8 Distribución de cables especiales .................................................................................... 29
III.9 Diagramas punto a punto ................................................................................................ 30
III.10 Diseño del tablero ........................................................................................................... 30
III.11 Distribución del tablero ................................................................................................... 30
Capítulo IV Anexos .......................................................................................... 43
Capítulo V Análisis costo-beneficio ............................................................... 64
Conclusiones y recomendaciones ................................................................. 77
Glosario .................................................................................................................................. 79
Referencia y bibliografia ........................................................................................................ 80
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RESUMEN
Se considera que la “Optimización del sistema de control eléctrico para la línea de tostada
horneada en el área de horneo y enfriamiento de la empresa Barcel S.A. de C.V. Atitalaquia,
Hidalgo”. Es una oportunidad muy grande para reducir los paros de producción provocados
por fallas eléctricas e incrementar la eficiencia de los equipos, a través de una nueva
reestructuración de todo el sistema eléctrico de control y fuerza. Lo que implicaría una
realización de planos eléctricos de: distribución de fuerza, distribución de control, layout de
línea, distribución de cables especiales, diseño del tablero, diagrama unifilar, diagramas punto
a punto y diagramas de escalera. Así como la adaptación de nuevas tecnologías: SLC (control
lógico programable) y un Panel view (interface), para un mejor control del proceso
dignificando el dialogo hombre-máquina para obtener como resultado una mejor calidad del
producto y una producción continua.
La optimización del sistema de control eléctrico en la planta Barcel, perteneciente al grupo
Bimbo, será de gran aportación para la empresa y su personal del área de mantenimiento.
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SUMMARY
It’s considered that the optimization of the electrical control for the line of the baked tostada
in the baking and cooling area at Barcel enterprise S.A. of C.V. located in Atitalaquia Hidalgo
.There is a big opportunity to reduce the time when we have to stop the production lines
because of an electric faults and increase the efficiency of the equipment making a
restructure in the whole electric and force control system .
It means to create electric plans of force distribution, control distribution, layout of line and the
distribution of special wires .It is also important to design a board a single-line electrical
diagram and a stair diagram.
It is also important to adapt new technologies : SIC (logical electrical programmable control) and a view board (interface-serial ) to get a best control of the process dignifying the dialogue man- machine to get as a result a better quality of the product and flow production. The optimization of the system of electric control at Barcel factory that belongs to Bimbo
company, will be of great contribution to the company and its staff in the maintenance area.
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INTRODUCCIÓN
El presente proyecto define una problemática que ha provocado que el índice de
interrupciones por falla mecánica incremente y a su vez ha afectado la producción, seguridad
de los colaboradores y calidad del producto lo que ha ocasionado tiempos muertos así como
condiciones inseguras.
En la planta Barcel Atitalaquia se ha elaborado un proyecto con la finalidad de automatizar un
línea de producción, para esto se ha elaborado un cronograma con todos y cada uno de los
pasos a seguir para realizar el proyecto en el que se involucran ciencias como la electricidad,
electrónica y automatización.
El objetivo principal de la automatización es el de mejorar la rentabilidad de un proceso ya sea
en cuanto a costo, esfuerzo, insumos, calidad, etc.
Los objetivos podrían englobarse de la siguiente manera:
Mejoras de la productividad:
Aumentando la cantidad de artículos producidos por hora, reduciendo los costos de
manufactura, y mejorando la calidad de la misma.
Mejorar las condiciones de trabajo:
En el aspecto físico, realizando las tareas rutinarias, pesadas, peligrosas, y suprimiendo los
trabajos de alto riesgo del personal incrementando así la seguridad.
Realizar las operaciones imposibles:
Las operaciones que por las limitaciones humanas no puedan llevarse a cabo como
inspección a alta velocidad, medición de altas temperaturas, etc., son dejadas a los sistemas
automatizados.
Mejorar la disponibilidad de los productos:
Esto es, debido a que los sistemas pueden mejorar la productividad, las exigencias el
mercado pueden ser provistas en las cantidades necesarias en el momento preciso.
Simplificar el mantenimiento:
Cada vez más, los sistemas son autosuficientes y requieren un mínimo de atención por los
operadores, permitiendo así, que ellos se dediquen a otras tareas.
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HISTORIA
Todo comienza a finales de los 70’s, cuando en Grupo Bimbo se adquiere una fábrica de
botanas en Querétaro. A partir de entonces surge Barcel, una empresa en la que desde el 9
de febrero de 1978 labramos el camino inspirados en la calidad y la constante innovación.
Inicialmente la empresa estaba constituida por Ricolino, Productos Nubar y Barcel del Norte.
Sin embargo, en 1990 nuestra calidad se extendió a todos los rincones del país y se inauguró
las plantas de Barcel del Centro, Querétaro, Norte y Estado de México.
En 1999 se iniciaron operaciones en la planta de Mexicali, Baja California, donde actualmente
se producen botanas hechas a base de maíz.
La demanda de nuestros productos fue en aumento y así en 2004 se edificó una nueva planta
en Mérida-Yucatán. Así mismo ese mismo año comenzó a operar la planta de tortillas y
tostadas de maíz en Atitalaquia Hidalgo.
VISIÓN
Somos la mejor empresa de snacks en México, líder en confitería, la mejor opción en las
botanas saladas y otras líneas complementarias; logrando un crecimiento sostenido y una
presencia creciente de nuestras marcas en un mercado internacional. Somos reconocidos
como los líderes en innovación, poseedores de las marcas de prestigio y de alto valor
percibido, con productos de alta rotación manteniendo la lealtad y la preferencia de nuestra
clientela con la más alta calidad.
MISIÓN
“Alimentar, deleitar y servir a nuestro mundo”.
Buscamos ser una empresa altamente competitiva y plenamente humana.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En los últimos meses se ha detectado que han ido incrementado los paros por interrupciones
por falla mecánica o eléctrica (ipfm) por averías o daños en los sistemas de control eléctrico
de la línea de tostada horneada. También se detectó que al intervenir una falla eléctrica se
complica demasiado encontrar el problema raíz por la falta de identificación de cada uno de
los dispositivos eléctricos como: relevadores, arrancadores, controladores de temperatura,
sólo por mencionar algunos y tanto el operador como el técnico se encuentran expuestos a
condiciones inseguras por la mala ubicación de los tableros eléctricos de control ya que estos
están situados en una zona de difícil acceso. Además no se está cumpliendo con las metas
establecidas por el departamento de producción.
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OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de control eléctrico para reducir interrupciones por falla mecánica (IPFM),
aumentar la eficiencia de los equipos, mejorar la calidad del producto y reducir condiciones
inseguras.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Levantamiento en campo de datos técnicos de motores.
Requisiciones para hardware (rack´s, fuentes, SLC, panel view, tarjetas, etc)
Cálculo de alimentador principal.
Cálculo de alimentadores derivados.
Selección de calibre de conductores.
Selección de tubería.
Elaboración de planos:
Layout de línea a escala y con dimensiones reales.
Distribución de fuerza.
Distribución de control.
Distribución de cables especiales.
Diagrama unifilar.
Diagrama punto a punto.
Diagrama de control.
Diagrama de escalera.
Establecer nuevos protocolos de seguridad y operación en equipos.
Diseño y ubicación del tablero eléctrico de control y fuerza.
Programación y ubicación de panel view (interfase).
Manual de operación.
Programación de SLC.
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JUSTIFICACIÓN
Debido al gran crecimiento del grupo BIMBO y la innovación de nuevos productos, la planta
Barcel Atitalaquia se ve en la necesidad de modernizar líneas de producción para poder
elaborar nuevos productos, buscando siempre la mejor calidad y la inocuidad de los mismos,
además de mejorar sus indicadores de interrupción por falla mecánica (IPFM) y eficiencia de
las líneas de producción.
Para la realización de este proyecto se ha elaborado un plan de trabajo el cual incluye un
estudio en campo de las necesidades que se requieren tener como son seguridad,
continuidad, confiabilidad y calidad de servicio en la operación; para obtener como resultado
un mejor desempeño apoyados en un manual de operación y mantenimiento, monitoreo y
análisis de datos de la línea.
Por todo lo comentado anteriormente se justifica la optimización del sistema de control
eléctrico para la línea de tostada horneada en el área de horneo y enfriamiento de la empresa
Barcel S.A. de C.V.
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I.1 CONCEPTOS DE PLC.
El presente trabajo se basa en el concepto de automatización el cual según (el manual de
conceptos de PLC del Grupo Bimbo) define como el término automatización se aplica a un
procedimiento mediante el cual se transfieren las tareas de producción, monitoreo, control,
ejecución, etc., realizadas generalmente por operadores humanos, a un conjunto de
elementos tecnológicos que realizarán dichas tareas con más eficiencia y precisión.
Los requerimientos de estos tipos de sistemas están en aumento debido a la exigencia del
mercado de aumentar la producción, de minimizar los costos de puesta en funcionamiento,
los estándares de la calidad y estabilidad de los productos creados y la posibilidad de
sustituir los trabajos pesados, peligrosos y monótonos de los operarios.
En el pasado los sistemas automatizados eran sistemas cerrados que controlaban cada
proceso individual de la instalación pero actualmente se tiende a sistemas abiertos que
permitan optimizar el funcionamiento de toda la planta.
En general, un sistema automatizado consta de tres partes:
Operación: Parte de la Ejecución
Control: Parte del Controlador.
Comunicación: Interacción con el personal.
La Operación es la parte del sistema que actúa directamente sobre el proceso. Son los
elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los
elementos que forman la parte operativa son los actuadores y pre-actuadores de las
máquinas como motores, pistones, compresores y los detectores como fotodiodos, finales
de carrera.
La Parte de Control suele ser un controlador programable, aunque hasta hace bien poco se
utilizaban relevadores electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos
(tecnología cableada).
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En un sistema automatizado, el controlador programable debe ser capaz de comunicarse
con todos los periféricos del sistema automatizado y sobre todo, debe existir una
comunicación entre el operador y el sistema de control. Para ello existen los dispositivos de
salida de información (displays, terminales, etc.) y los elementos de entrada al controlador
(teclados, cámaras, etc.). Otros autores como el Ing. Carlos Ruedas considera que dentro
del campo de la producción industrial, la automatización ha pasado de ser una herramienta
de trabajo deseable a una herramienta indispensable para competir en el mercado
globalizado. Ningún empresario toma a la ligera la automatización de sus procesos para
aumentar la calidad de sus productos, reducir los tiempos de producción, realizar tareas
complejas, reducir los desperdicios o las piezas mal fabricadas y sobre todo aumentar la
rentabilidad (www.tec.url.edu.gt). Este autor también nos menciona que la tecnología de
control industrial es una de las partes fundamentales para llevar a cabo lo que se llama
automatización industrial Integrando elementos como:
Sensores (electrónica)
Actuadores (hidráulicos o neumáticos)
PLC (Controladores Lógicos Programables)
Como ya lo menciona anteriormente el Ing. Carlos Ruedas de la facultad de Ingenieria de la
Universidad Rafael Landívar, para llevar a cabo la automatización industrial se involucra la
electrónica y para entender algunos conceptos también nos apoyamos en la enciclopedia
Wikipedia y describe a un sistema electrónico como un conjunto de circuitos que interactúan
entre sí para obtener un resultado. Una forma de entender los sistemas electrónicos consiste
en dividirlos en las siguientes partes:
1. Entradas o Inputs – Sensores (o transductores) electrónicos o mecánicos que toman las
señales (en forma de temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales
de corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia para medir la intensidad de la
luz, etc.
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2. Circuitos de procesamiento de señales – Consisten en piezas electrónicas conectadas
juntas para manipular, interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente
provenientes de los transductores.
3. Salidas o Outputs – Actuadores u otros dispositivos (también transductores) que
convierten las señales de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un
display que nos registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda
automáticamente cuando esté oscureciendo. (http://es.wikipedia.org)
El objetivo principal de la automatización dentro de una industria es el de mejorar la
rentabilidad de un proceso ya sea en cuanto a costo, esfuerzo, insumos, calidad, etc. Con la
implementación de este proyecto se pretende automatizar una línea de producción y para
una aplicación más específica y estandarizada se requiere de un Slc de la marca Allen
Bradley y para comprender mejor sus funciones, tipos de dispositivos de entradas y salidas,
tipos de lenguaje de programación, etc. Nos hemos fundamentado en el (Manual de
Conceptos de PLC del Grupo Bimbo) y nos dice que este dispositivo, miembro de la
familia de las computadoras, hace siempre, una conversión A/D (analógica / digital), puesto
que el controlador solo trabaja con señales digitales. Esta conversión se realiza con una
precisión o resolución determinada (número de bits) y cada cierto intervalo de tiempo
(periodo de muestreo). La precisión suele ir desde los 12 a los 16 y hasta los 32 bits.
I.2 FUNCIONES DE UN PLC.
En los últimos años, en el campo de la automatización industrial se ha incorporado toda una
gama de nuevas funcionalidades a los sistemas de control.
• Redes de comunicación: Permiten establecer comunicaciones con otras partes del
control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre
controladores en tiempo real.
• Sistemas de supervisión: Permiten comunicarse con ordenadores provistos de
programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o
por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.
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• Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos
discretos, los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos
continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar
reguladores PID (lazos de control) que están programados en el controlador.
• Entradas/salidas distribuidas: Los módulos de entrada/salida no tienen porque estar en
el gabinete del controlador, éstas pueden estar distribuidas por toda la planta. Se pueden
comunicar con la unidad central del controlador mediante un cable de red (Data-higway,
DeviceNet, Ethernet).
• Buses de campo: Mediante un sólo cable de comunicación se pueden conectar al bus
sensores, actuadores, equipos inteligentes, reemplazando al cableado tradicional.
Control de procesos sofisticados: Con el desarrollo de las nuevas técnicas
electrónicas, los controladores han podido ser equipados con módulos de Entrada/Salida
para monitorear, controlar y/o supervisar nuevos tipos de procesos impensables en el
pasado. Algunos ejemplos de esta tecnología son: Bluetooth, Wi-fi, USB, etc.
I.2.1 MODO DE FUNCIONAMIENTO
Existen dos modos básicos de trabajo del autómata:
On-line (en línea, en tiempo real):
El trabajo sobre el programa, se hace cuando está conectado al programador, visualizando y
modificando en tiempo real, el programa directamente en su memoria.
Off-line (fuera de línea):
El trabajo de programación se hace sobre el programa de la memoria del controlador que en
este momento no esta controlando el proceso. Al terminar de modificar la lógica de control, si
se desea, se puede copiar a la memoria del controlador y poner luego a trabajar.
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I.3 ENTRADAS Y SALIDAS DE UN PLC.
Los elementos de entrada y salida son los que permiten comunicar el controlador con el
mundo real (proceso) que está controlando y con el operador.
Las entradas de un controlador, mediante una interfase, hacen que el PLC entienda las
señales procedentes de los dispositivos de entrada o sensores.
Mientras que las salidas también mediante una interfase, trabajan de forma inversa a las
entradas, es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y las envía a
los dispositivos de salida: pre-actuadores o actuadores (lámparas, relevadores, etc.)
Hay dos tipos de entradas / salidas según el tipo de señal que manejen:
• Digitales o binarias (discretas).
• Analógicas.
Las entradas o salidas pueden clasificarse también según su conexión:
• Locales: Dentro del mismo gabinete del controlador
• Remotas: En gabinetes remotos.
I.3.1 TIPOS DE DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA.
En general los PLC usan interfases de entrada y salida para conectarse con los dispositivos
de campo de las entradas y salidas. A manera de resumen, todas las entradas proveen una
señal al PLC mientras que todas las salidas reciben una señal del PLC.
Todos los dispositivos de I/O sin embargo, no envían y/o reciben el mismo tipo de señal.
Hay dos tipos diferentes de señales de I/O y dos tipos de dispositivos de I/O (discretos y
análogos) que las usan.
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Dispositivos Discretos:
Los dispositivos discretos son dispositivos de entrada y salida que proveen o reciben
señales digitales discretas. Una señal digital discreta es una señal que pude representar
solamente dos estados, tales como ON/OFF, abierto/cerrado, “0” ó “1”, todo o nada.
Un “limit switch” es un ejemplo de un dispositivo de entrada discreta porque en cualquier
momento, su estado es o abierto o cerrado. Este dispositivo envía una señal digital discreta
al PLC. Una luz piloto, es un ejemplo de un dispositivo de salida discreta ya que puede estar
solamente en On u OFF, es decir, nunca podría estar en un estado entre prendida y
apagada.
Dispositivos Análogos:
En contraste a los dispositivos discretos, los dispositivos análogos, son dispositivos de
entrada o salida que proveen o reciben señales análogas.
Las señales análogas, son continuas y pueden tener cualquier estado –no solo dos como las
señales digitales discretas-.Un transductor de temperatura es un ejemplo de dispositivo
análogo de entrada. Este envía un tren continuo de datos de temperatura al PLC. Estos
datos de temperatura son expresados como una variación de los grados de temperatura, no
simplemente como un estado de frío o caliente.
Una válvula de control análoga es un ejemplo de un dispositivo de salida análogo.
Esta válvula recibe una señal continua análoga de un PLC indicándole mucho más que una
posición de abierta o cerrada. Si esta válvula fuera un dispositivo discreto, esta válvula
podría estar totalmente abierta o cerrada, pero nunca una posición intermedia.
Los PLC´s pueden trabajar con los dos tipos de dispositivos, sin embargo, los dispositivos
discretos son mucho más usuales en las aplicaciones industriales.
I.4 INTERFASES DE ENTRADA.
Los PLC utilizan las interfases de entrada para conectarse a dispositivos discretos de
entrada. Dichas interfases contienen toda la circuitería electrónica necesaria para permitir
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que los dispositivos de campo comuniquen su estatus al PLC. Todos los dispositivos
discretos de entrada envían una señal eléctrica correspondiente a su estado ON/OFF al
PLC, sin embargo, no todos los dispositivos discretos de entrada envían el mismo tipo de
señal eléctrica.
Los dos tipos más comunes de señales discretas son de 120 VAC y 24 VDC.
I.5 LAS INTERFASES DE SALIDA.
Los PLC, tienen diferentes configuraciones de interfases de salida y cada una de ellas están
pensadas para diferentes dispositivos de salida.
Componentes de las interfases de salida:
Al igual que las interfases de entrada, las interfases de salida tienen 3 secciones, pero
organizadas en forma invertida. Las secciones son:
La sección de lógica (Logic Section):
La sección de lógica de una interfase de salida recibe la señal del control, la cual debe ser
siempre “1” ó “0” y viene directamente del procesador del controlador. En este caso, un “1”
significa que la interfase debe energizar el dispositivo de salida, mientras que un “0” significa
que debe apagarse dicho dispositivo de salida.
La sección de aislamiento (Isolation Section):
Después de que la señal ha sido recibida por la sección de lógica, la señal de control es
pasada a través de la sección de aislamiento. Exactamente como sucede con las interfases
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de entrada. Esta sección, provee una barrera eléctrica entre la sección de lógica y la sección
de voltaje.
La sección de voltaje (Power Section):
Después de la sección de aislamiento, la señal de control entra a la sección de voltaje. En
esta sección, un mecanismo de “switcheo” envía la señal de control del PLC a un dispositivo
de salida. La señal de control, pasa todavía a través de un filtro antes de llegar hasta el
dispositivo. Este filtraje, sirve para eliminar el ruido eléctrico de las líneas de alimentación, y
el ruido eléctrico generado por las cargas de salida.
Generalmente, los PLC tienen un LED en la sección de voltaje. Cuando el LED prende,
indica que la interfase esta recibiendo una señal de control del PLC y que el voltaje es
“switcheado” al dispositivo de salida correspondiente.
Tipos de interfase de salida:
En general, un PLC puede tener 3 tipos diferentes de salidas que son usadas para
comunicarse con diferentes tipos de dispositivos de salida:
Salida a Relevador (Relay output).
Salida a Transistor (Transistor output).
Salida a Triac (Triac output).
Salida a relevador (Relay Outputs):
Este tipo de salidas son usadas como los contactos de los relevadores tradicionales, en
aplicaciones en las que los dispositivos de salida del PLC, requieren una señal de control
que puede ir desde 5-265 VAC ó de los 5-125 CVD. La máxima corriente en general que
soporta un contacto es de 2 Amp. ya sea para dispositivos de AC ó DC. Para su aplicación
revise las características eléctricas de los contactos.
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Salida a Transistor (Transistor Outputs):
Este tipo de salidas son usadas solamente con dispositivos de salida que requieren una
señal de control del PLC en el rango de voltaje de 20.4 a 26.4 VCD
Una señal de salida a transistor, es comúnmente usada con dispositivos de salida de 24
VDC. La máxima corriente que puede manejar una salida de este tipo es de 1 Amp. En la
mayoría de los PLC, este tipo de salida es conocida como del tipo MOS-FET, que son la
siglas del tipo de transistor que la maneja (MOSFET = metal-oxide semiconductor field effect
transistor).
Salida a Triac (Triacs Outputs):
Este tipo de salidas trabajan con dispositivos de salida que deben ser alimentados con
señales de control de entre 85–264 VAC. Para una salida a Triac, la máxima corriente que
puede alcanzar un dispositivo, es de 0.5 Amp.
I.6 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA PLC.
El lenguaje de programación permite, mediante las instrucciones adecuadas, diseñar la
lógica de control (programa de usuario) que posteriormente al ser transferida a la memoria
del controlador se convertirá en el programa de control para la tarea que fue diseñado.
Generalmente, la memoria del PLC es del tipo lectura/escritura, permitiendo la modificación
del programa cuantas veces sea necesario (puede tener otros tipos de memorias).
Algunos tipos de memorias son volátiles, por lo que se hace necesaria una batería de
respaldo para mantener el programa por si falla la energía de alimentación.
La lógica del controlador (puede ser de diferentes tipos), consiste en el establecimiento de
una sucesión ordenada de instrucciones, escritas en un lenguaje de programación concreto.
Estas instrucciones están disponibles en el sistema de programación y resuelven el control
de un proceso determinado.
Dentro del mundo de los PLC, un controlador puede tener una o varias formas de
programación.
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I.6.1 Tipos de Lenguajes de programación.
Cuando hablamos de los lenguajes de programación nos referimos a las diferentes formas
en que se puede escribir el programa usuario. Anteriormente los lenguajes usados para
programar controladores variaban de un fabricante a otro. Por este motivo el IEC
(Internacional Electrotechnical Commission) creó un estándar mundial, el IEC 1131-3., en el
que se especificaba los 5 lenguajes estándares:
(SFC): GRAFCET ó Mapa de Funciones Secuenciales.
(LD): Diagrama de escalera (Esquema de contactos).
(IL): Mnemónico ó Lista de instrucciones.
(FBD) Esquema funcional ó Bloques de funciones.
(ST): Texto estructurado (ST).
Estos lenguajes tienen unos elementos comunes, que en resumen son:
Identificadores y comentarios
Constantes.
Tipos de datos básicos y derivados.
Variables.
Para entender algunos conceptos de la programación del Slc seleccionado nos basamos en
el (Manual de Programación de PLC) nos muestra distintos tipos de controladores y cita
una gran variedad de controladores, los cuales tienen muchas veces algún propósito
especial, otros son diseñados con propósito general. Dentro de esta gran diversidad de
controladores, se tienen los nombrados Controladores Lógicos Programables (PLC), los
cuales presentan una excelente adaptabilidad para las diversas aplicaciones existentes en
las industrias.
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Los diversos fabricantes de (PLC), como son Allen-Bradley, Festo, Ge-fanuc, Omrom,
Siemens, Telemecanique, etc., se han preocupado por el diseño cada vez más atractivo en
lo que respecta tanto al aspecto técnico como en el precio.
Allen-Bradley, se ha preocupado por el desarrollo de diversas familias de controladores ya
que existen desde las grandes familias de PLC como el PLC-5, PLC-2, o los pequeños pero
no menos funcionales como los SLC (Small Logic Controllers) como los SLC 500, Micrologix
1500, 1200, y el Micrologix 1000, etc.
I.7 SLC-500
La familia SLC-500 ofrece una amplia selección de productos. En base a capacidad de
memoria, de entradas/salidas, set de instrucciones, puertos de comunicación, etc. Esta
familia alcanza cientos de aplicaciones, y es subdividida en las siguientes ramas:
SLC-500:
Procesador con número de entradas y salidas fijas. Existen de 20, 30 y 40 E/S, y se pueden
expandir hasta un máximo de 64 entradas/salidas adicionales. Este tipo de procesador
cuenta con 1Kb de memoria.
SLC-5/01:
Este procesador es el más sencillo, dentro de la familia de los modulares, existe en la
modalidad de 1 Kb o 4Kb de memoria y un máximo de 256 entradas/salidas.
SLC5/02:
Es el segundo procesador de los modulares, este alcanza 4Kb de memoria y 256
entradas/salidas, además soporta módulos de comunicación especial, como son módulos de
RED R-.IO y módulos RED DEVICE-NET, agregándole también que soporta instrucciones
de PID e instrucciones de comunicación punto a punto.
SLC5/03:
El tercer procesador, que soporta hasta 1024 entradas/salidas, una memoria de 8 o 16Kb,
adicionalmente cuenta con un segundo canal de comunicación, que trabaja en RS-232, este
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puerto es configurado como ASCII, protocolo DF-1, o bien con un convertidor, se pueden
conectar a una red DH-485, adicionalmente, soporta instrucciones matemáticas avanzadas,
con manejo de punto flotante, edición en línea, reloj de tiempo real, y fecha cuatro dígitos,
etc.
SLC5/04:
Este soporta 4096 entradas/salidas, y existe en modalidades de 16, 32 o 64K de memoria,
este es más rápido que SLC5/03, y tiene instalado 2 puertas de comunicación, un puerto,
tiene protocolo DH+; con sus 2 modalidades, puerto de programación, y puerto de
comunicación a RED DH+. Adicionalmente cuenta con su puerto RS-232, que puede ser
usado, en las diversas modalidades, ya mencionadas.
SLC5/05:
Este soporta 4096 entradas/salidas, existe en modalidades de 16, 32 o 64K de memoria,
tiene instalado dos puertos de comunicación. Uno es comunicación ETHERNET y uno RS-
232.
I.8 TIPOLOGÍAS DE REDES DE COMUNICACIÓN.
COMUNICACIÓN DH-485:
Este tipo de comunicación nace a partir del protocolo RS-485, el cual fue el primer protocolo
de la comunicación industrial, está formado por una colección de dispositivos (hasta 32
nodos) conectados al cable de comunicación para permitir el intercambio de información
hasta una velocidad de comunicación de 19.2 Kb y una distancia de 1 Km.
COMUNICACIÓN R-I0:
Remote I/O es un tipo de red donde la comunicación entre los procesadores y los
módulos de I/O, a través de una comunicación serial. Maneja la comunicación maestro-
esclavo.
26
COMUNICACIÓN DH (+):
Este tipo de comunicación nace a partir del protocolo DH-485, es comunicación punto a
punto. La ventaja principal de la comunicación DH (+) es la velocidad de comunicación, que
alcanza hasta 57.6 Kb, soporta hasta 64 nodos y permite la programación en línea (ON-
LINE).
DEVICENET I/O:
Una red de dispositivos instalados en planta y que se comunican directamente al sistema de
control reduciendo el número de interfases de I/O y el cableado asociado con cada
dispositivo. Es una red de protocolo abierto soportado por diferentes compañías diseñadoras
de equipos.
27
28
A principios del 2008 la planta de Barcel Atitalquia comenzó a expandirse de una manera
muy rápida con la llegada de nuevas líneas de producción y la demanda del mercado de
sacar a la venta nuevos productos. Se instalaron 2 líneas de maíz en las que se elaboran
productos como el takis en todas sus presentaciones, también se montaron líneas de
extruidos, una línea más de tostada ondulada y otra de tostada horneada, esta última fue
una línea que se ensamblo con equipos de líneas que se encontraban fuera de operación
que ya no eran rentables, algunos de estos equipos pertenecían a líneas a donde
anteriormente se elaboraba tortilla. Como esta línea no fue diseñada para elaborar este
producto se tuvieron que hacer nuevas adaptaciones y modificaciones a los equipos además
que se instaló con control eléctrico tradicional (arrancadores, relevadores, timers).
Cuando la línea arrancó y comenzó a producir los primeros paquetes de tostada horneada
se esperaba que el producto tuviera mayor demanda en el mercado pero la producción fue
cayendo con el paso del tiempo y al finalizar el año ya no se tenían pedidos de este
producto. Barcel siempre caracterizada por ser una empresa competitiva, plenamente
humana buscando siempre la satisfacción del cliente y siendo reconocidos como los líderes
en innovación examino la forma de producir un nuevo producto en la línea de tostada
horneada surgiendo un producto llamado totopo chilaquil que con el tiempo se ha ido
fortaleciendo en el mercado teniendo una gran demanda de los clientes y consumidores.
La empresa se ve en la necesidad de mejorar las condiciones de operación, de seguridad en
el proceso, seguridad para los colaboradores y reducir el índice de interrupciones por falla
mecánica para esto se desarrolla un método práctico para el diseño e implementación del
sistema eléctrico de control para la línea de tostada horneada.
II.1 EVALUACIÓN DE CONDICIONES ACTUALES DE LÍNEA DE TOSTADA
HORNEADA.
La línea presenta diversos problemas los indicadores se encuentran fuera de meta
principalmente el IPFM debido a que el sistema de control eléctrico es muy obsoleto, los
dispositivos se encuentran sin identificar y algunos se encuentran en muy malas
condiciones, tampoco se cuenta con diagramas de eléctricos, además que los tableros de
29
control y fuerza se encuentran ubicados en una zona de difícil acceso lo que genera
condiciones inseguras para el personal.
II.2 ESTUDIO TÉCNICO ACTUAL DEL SISTEMA DE CONTROL ELÉCTRICO
EN EL ÁREA DE HORNEO Y ENFRIAMIENTO.
En la actualidad la línea no cuenta con un diseño de sistema de control eléctrico definido,
carece de diagramas unifilares, diagramas punto a punto, diagramas de control, planos de
distribución de fuerza, planos de distribución de control y planos de distribución de cables
especiales debido a que la línea fue ensamblada provisionalmente.
Los dispositivos de control montados actualmente en el sistema son muy obsoletos y se
encuentran sin identificar.
Los equipos requieren que se adapten dispositivos de seguridad como microswitch para
reducir las condiciones inseguras.
En los sistemas de combustión no se encuentran habilitadas las seguridades requeridas
para garantizar la eficiencia y seguridad del equipo.
La línea no cuenta con un panel view para tener la facilidad de monitorear y manipular el
proceso de toda la línea.
30
31
Para optimizar el sistema de control eléctrico de la línea de tostada horneada en el área de
horneo y enfriamiento se ha elaborado un plan de trabajo basado en un cronograma el cual
consta de una seria de pasos a seguir que posteriormente se describirán detalladamente
(véase anexo1).
III.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN TÉCNICA.
Para darnos una idea de la realización del proyecto se recopilo información de proyectos de
montaje de líneas realizados anteriormente en la planta como diagramas unifilares,
diagramas punto a punto, diagramas de control, planos de distribución de fuerza, planos de
distribución de control y planos de distribución de cables especiales, diagramas de escalera.
Con el apoyo de estos diagramas se facilitara la ejecución de este proyecto.
III.2 LEVANTAMIENTO EN CAMPO DE DATOS TÉCNICOS DE MOTORES.
Es importante conocer las capacidades de cada uno de los motores que tenemos en línea
esto para la realización de los diagramas tanto unifilar como distribución de fuerza y también
para calcular lo siguiente:
Capacidades de interruptor principal e interruptores derivados.
Corriente nominal.
Calibre de conductores.
Capacidades de arrancadores magnéticos.
Para la realización de todos los cálculos fue necesario basarse en normas establecidas en
el Grupo Bimbo que por cuestiones de políticas no pueden ser publicadas en el proyecto
(véase anexo 2).
III.3 INVENTARIO DE ELEMENTOS DE CONTROL.
El inventario de elementos de control nos facilitara la elaboración del plano de distribución de
control, con el inventario se detectaron elementos de seguridad y control faltantes en el
32
proyecto, botoneras de arranque y paro, presuretroles, solenoides, micros de seguridad, etc
(véase anexo 3).
III.4 ELABORACIÓN DE DIAGRAMA UNIFILAR.
En el diagrama unifilar se representa gráficamente la instalación eléctrica de todo el circuito
de fuerza. El esquema unifilar se distingue de otros tipos de esquemas eléctricos en que el
conjunto de conductores de un circuito se representa mediante una única línea en la cual
también se indican las capacidades de interruptores termomagnéticos, arrancadores y
motores; independientemente de la cantidad de dichos conductores. (véase anexo 4).
III.5 LAYOUT DE LÍNEA.
Se elabora un layout de línea incluyendo todos los equipos a escala y con dimensiones
reales, con este plano se facilitara la realización de distribución de fuerza, distribución de
control y distribución de cables especiales.
III.6 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA.
En la distribución de fuerza se representa la ubicación de cada uno los elementos en campo
o bien en este caso la línea de producción (véase anexo 5). Los elementos representados
son:
Motores.
Clavijas y contactos.
Nomenclatura de motores.
Dirección y ubicación de tubería conduit.
Cantidad y calibre de conductores.
Calibre de tubería conduit.
33
III.7 DISTRIBUCIÓN DE CONTROL.
En la distribución de fuerza se representa la ubicación de cada uno los elementos de control
en la línea de producción (véase anexo 6). Los elementos que se representan son los
siguientes:
Botoneras de paro y arranque.
Microswitches de seguridad.
Fotoceldas.
Interruptores de presión.
Solenoides.
Dirección y ubicación de tubería conduit.
Cantidad y calibre de conductores.
Calibre de tubería conduit.
III.8 DISTRIBUCIÓN DE CABLES ESPECIALES.
Se consideran cables especiales aquellos por los que circulan cantidades muy pequeñas de
corriente o voltaje (miliampers, milivolts), estos siempre van independientes a la tubería de
fuerza y de control para evitar que sean inducidos y tengan presencia de ruido (véase anexo
7). Para la distribución de cables especiales se incluyeron elementos como:
Modutroles.
Sensores raytec.
Panel view
Termopares tipo “J”
Dirección y ubicación de tubería conduit.
Cantidad y calibre de conductores.
34
Calibre de tubería conduit.
III.9 DIAGRAMAS PUNTO A PUNTO.
En los diagramas punto a punto se indica la dirección de cada una de las puntas que llegan
al tablero de los elementos de control también se indica el tipo de tarjeta pueden ser de
entrada o salida, analógicas o digitales. Con los diagramas punto a punto referenciamos el
número de tarjetas que tendrá nuestro rack del SLC (véase anexo 8-18).
III.10 DISEÑO DEL TABLERO.
Para la elaboración del diseño del tablero se tomaron en cuenta la cantidad de elementos
que lleva el interior del tablero, con base al tamaño de cada uno de interruptores, variadores
de frecuencia, arrancadores magnéticos, racks del SLC y canalizaciones se obtuvieron las
dimensiones del tablero. Es importante resaltar que el diseño del tablero es con base a las
normas establecidas por el grupo Bimbo (véase anexo 19).
III.11 DISTRIBUCIÓN DEL TABLERO.
Una vez establecido el diseño del tablero se procedió a realizar la distribución del tablero,
para esto se consideró la ubicación de cada uno de los elementos seccionándolo en dos
partes, control y fuerza, en la sección del control se distribuyeron los controladores de flama,
controladores de temperatura, el SLC y racks. Para la sección de fuerza se distribuyeron los
interruptores termomagneticos, arrancadores y variadores de frecuencia (véase anexo 20).
35
MANUAL DE OPERACIÓN
Para la elaboración del manual de operación primeramente se realizó un levantamiento de
todos los dispositivos eléctricos así como las necesidades de operación y seguridad de la
línea.
El manual de operación será de gran apoyo para el integrador ya que con este se basara
para la programación del SLC y del panel view. Actualmente la línea se encuentra operando
con un sistema de un control eléctrico tradicional en el que intervienen algunos dispositivos
que ya son muy obsoletos, al mismo tiempo que ocupan demasiado espacio dentro del
tablero y son elementos muy poco confiables para la operación. Con la automatización de
esta línea habrá una mejora para el proceso además que facilitara la operación y el
mantenimiento.
A continuación se describen las condiciones de operación y seguridad que se requieren para
optimizar el sistema de control eléctrico en la línea de tostada horneada.
PANEL PRINCIPAL
Dentro de esta pantalla se puede acceder a otras pantallas como:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.- TEMPERATURA HORNO 1.
5.- HORNO 2.
6.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
7.- MANTENIMIENTO.
8.- HISTÓRICO DE ALARMAS
9.-AYUDA
36
HORNO 1
De manera análoga a la pantalla anterior, primero seleccionamos el equipo que deseamos
manipular, en este caso la pantalla nos muestra como opciones:
-Transmisión horno
-Extractor #1
-Extractor #2
-Transportador de salida.
Y posteriormente una vez seleccionado el equipo podemos optar por lo siguiente:
[ARRANQUE]
[PARO]
[RESTABLECER FALLA]
En diferencia a la pantalla anterior este equipo (horno) cuenta con una campana la cual
puede subir o bajar, de manera continua o a través de pulsos (jog).
Dichas teclas de manipulación quedan de la forma siguiente:
[SUBIR CAMPANA]
[BAJAR CAMPANA]
[PARO ELEVADOR]
[ELEVADOR CONTINUO-PULSOS]
En la presente pantalla además se muestran algunos indicadores que a continuación se
describen:
Botón de paro transmisión horno.
Transmisión horno.- horno operando, seguridad de transmisión de horno, seguridad
de guarda lateral derecha, seguridad de guarda lateral izquierda y horno en falla.
37
Extractor #1.- extractor operando y extractor en falla.
Extractor #2.- extractor operando y extractor en falla.
Campana.- campana arriba y campana abajo.
Transportador de salida.- transportador operando, transportador en falla.
Icono o botón de ajuste se refiere a la velocidad a guardar en la memoria para la transmisión
del horno.
Dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de los siguientes botones:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.-SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO.
5.- TEMPERATURA HORNO 1.
6.- HORNO 2.
7.-TEMPERATURA HORNO 2.
8.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
9.- MANTENIMIENTO.
ESTATUS SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO
Dentro de la presente pantalla podemos manipular los diferentes parámetros dedicados a lo
que concierne a la combustión del horno como son los siguientes:
[RESTABLECER FALLA DE FLAMA]
[[RESTABLECER FALLA]
38
También se muestran algunos indicadores de estatus de parámetros referentes a la
combustión del horno, como son las siguientes:
Quemadores:
-Azul: detenido
-Verde: operando.
-Rojo: falla de flama quemador
Piloto:
-Azul: detenido
-Verde: operando.
Turbina de combustión:
-Azul: detenido
-Verde: operando.
-Rojo: falla turbina.
Flujo de aire turbina:
-Azul: detenido
-Verde: operando.
-Rojo: seguridad baja presión de aire.
Presión de gas:
-Verde: optimo.
-Rojo 1: baja presión.
-Rojo 2: alta presión.
39
Dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de los siguientes botones:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.-SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO.
5.- TEMPERATURA HORNO 1.
6.- HORNO 2.
7.-TEMPERATURA HORNO 2.
8.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
9.- MANTENIMIENTO.
TEMPERATURA DE HORNO 1
En la pantalla presente se muestra el estatus de temperatura de los tres niveles del horno 1,
nivel superior, nivel medio y nivel inferior de la siguiente manera:
En rojo podemos ver el valor actual de la variable manipulada (temperatura) y sus
variaciones dentro del proceso.
En verde vemos el punto de ajuste para la temperatura idónea en la que se deben mantener
los cómales del horno, es decir, el set point.
Así mismo, dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de las siguientes
teclas:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.-SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO.
40
5.- TEMPERATURA HORNO 1.
6.- HORNO 2.
7.-TEMPERATURA HORNO 2.
8.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
9.- MANTENIMIENTO.
HORNO 2
De manera análoga a la pantalla anterior, primero seleccionamos el equipo que deseamos
manipular, en este caso la pantalla nos muestra como opciones:
-Transmisión horno 2
-Extractor #1
-Extractor #2
-Transportador de entrada a enfriador.
Y posteriormente una vez seleccionado el equipo podemos optar por lo siguiente:
[ARRANQUE]
[PARO]
[RESTABLECER FALLA]
En diferencia a la pantalla anterior este equipo (horno) cuenta con una campana la cual
puede subir o bajar, de manera continua o a través de pulsos (jog).
Dichas teclas de manipulación quedan de la forma siguiente:
[SUBIR CAMPANA]
[BAJAR CAMPANA]
[PARO ELEVADOR]
41
[ELEVADOR CONTINUO-PULSOS]
En la presente pantalla además se muestran algunos indicadores que a continuación se
describen:
Botón de paro transmisión horno.
Transmisión horno.- horno operando, seguridad de transmisión de horno, seguridad
de guarda lateral derecha, seguridad de guarda lateral izquierda y horno en falla.
Extractor #1.- extractor operando y extractor en falla.
Extractor #2.- extractor operando y extractor en falla.
Campana.- campana arriba y campana abajo.
Transportador de salida.- transportador operando, transportador en falla.
Icono o botón de ajuste se refiere a la velocidad a guardar en la memoria para la transmisión
del horno.
Dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de los siguientes botones:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.-SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO.
5.- TEMPERATURA HORNO 1.
6.- HORNO 2.
7.-TEMPERATURA HORNO 2.
8.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
9.- MANTENIMIENTO.
42
TEMPERATURA DE HORNO 1
En la pantalla presente se muestra el estatus de temperatura de los tres niveles del horno 2,
nivel superior, nivel medio y nivel inferior de la siguiente manera:
En rojo podemos ver el valor actual de la variable manipulada (temperatura) y sus
variaciones dentro del proceso.
En verde vemos el punto de ajuste para la temperatura idónea en la que se deben mantener
los cómales del horno, es decir, el set point.
Así mismo, dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de las siguientes
teclas:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.-SISTEMA DE COMBUSTIÓN HORNO.
5.- TEMPERATURA HORNO 1.
6.- HORNO 2.
7.-TEMPERATURA HORNO 2.
8.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
9.- MANTENIMIENTO.
ENFRIAMIENTO Y APILADO.
De manera análoga a las primeras pantallas, primero seleccionamos el equipo a manipular
los cuales son los siguientes a elegir:
-Transportador de enfriamiento.
-Turbina de aire enfriamiento.
43
-Transportador de apilado.
Y posteriormente podemos controlarlo en cuanto a las siguientes teclas:
[ARRANQUE]
[PARO]
[RESTABLECER FALLA]
En la presente pantalla también se muestran algunos indicadores que a continuación se
describen:
Botón de paro transportador de enfriamiento.
Transportador de enfriamiento.- transportador operando y transportador en falla.
Turbina de aire.- turbina operando y turbina en falla.
Transportador de apilado.- transportador operando, transportador en falla.
Dentro de esta pantalla también se puede acceder a otras pantallas como:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.- TEMPERATURA HORNO 1.
5.- HORNO 2.
6.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
7.- MANTENIMIENTO.
8.- HISTÓRICO DE ALARMAS.
9.-AYUDA.
44
MANTENIMIENTO
Pantalla dedicada al área de mantenimiento en la que se muestran los tiempos óptimos en
los que deben de actuar:
-Inicio de corte de masa de guillotina.
-Tiempo de corte de masa.
De manera similar se muestra un apartado de ajustes especiales, dedicados a la parte de:
Ajuste de Temperaturas
-Temperatura banda nivel superior de horno 1 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
-Temperatura banda nivel medio de horno 1 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
-Temperatura banda nivel inferior de horno 1 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
-Temperatura banda nivel superior de horno 2 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
-Temperatura banda nivel medio de horno 2 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
-Temperatura banda nivel inferior de horno 2 (lectura actual que ha sido leída, su offset y la
lectura que es mostrada).
Dentro de esta pantalla también se puede acceder a otras pantallas como:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.- TEMPERATURA HORNO 1.
45
5.- HORNO 2.
6.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
7.- MANTENIMIENTO.
8.- HISTÓRICO DE ALARMAS.
9.-AYUDA.
HISTÓRICO DE ALARMAS
En esta pantalla se muestran básicamente las alarmas que se han presentado en toda la
línea desde el manejo de masa hasta el transportador de apilado, la hora en que ocurrió, el
momento en que se reconoció y se corrigió la misma y el mensaje que nos indica qua falla
ocurrió
También, dentro de esta pantalla podemos movernos dentro de la misma con las siguientes
teclas:
-Reconoce alarma.
-Reconoce todas las alarmas.
-Silenciar alarmas.
-Borrar todas.
-Cerrar pantalla.
Así mismo, dentro de esta pantalla se puede acceder a otras a través de las siguientes
teclas:
1.- MANEJO DE MASA.
2.- CABEZAL.
3.- HORNO 1.
4.- TEMPERATURA HORNO 1.
46
5.- HORNO 2.
6.- ENFRIAMIENTO Y EMPAQUE.
7.- MANTENIMIENTO.
8.- HISTÓRICO DE ALARMAS.
9.-AYUDA.
AYUDA GENERAL.
Dentro la presente pantalla se muestra una descripción de la nomenclatura de colores para
cada estado de los indicadores en las pantallas anteriores. Dicha nomenclatura viene
acompañada de una breve descripción de una correcta manipulación acerca de los equipos
de toda la línea que a continuación se describe:
El estatus mostrado en azul es asignado a dispositivos apagados (motor) bloqueados
(fotoceldas) o fuera de operación (interruptor, microswitch seguridad o solenoides).
El estatus mostrado en verde es asignado a dispositivos arrancados (motor) libre
(fotoceldas), operando (microswitch de seguridad, interruptor o solenoides).
El estatus mostrado en rojo destellando es asignado a dispositivos en alarma o
actuados como paros de emergencia, seguridades etc.
47
48
ANEXO1
49
%V
LONGITUD
METROSFC
TUBERÍA
ARRANCADORES
MAGNÉTICOS
[VA]
LÁMPARAS
PILOTO [PZA]
LÁMPARA PILOTO
[VA]
SOLENOIDE
[VA]
A. A.
[VA]
0.04 2 7.38 13 20 3 15
0.01 2 18.65 13 2 10 20
0.04 2 7.38 13 1 5
0.02 4 18.65 13 1 5
0.08 4 11.74 13 2 10 20
0.09 4 11.74 13 2 10
0
0.21 10.5 7.38 13 4 20 100
0.22 10.5 11.74 13 20 0
0.00 18.65 13 20 0
0.00 18.65 13 20 0
0.07 10.5 18.65 13 20 0
0
0.59 29.5 7.38 13 4 20 100
0.62 29.5 11.74 13 20 0
0.00 18.65 13 20 0
0.00 18.65 13 20 0
0.20 29.5 18.65 13 20 0
0.20 29.5 18.65 13 2 10
0.13 39 18.65 13 2 10
0.20 39 18.65 13 2 10
0.00 11.74 13 20 0
0.31 46 18.65 13 2 10
0.18 15 0.48 51 200 135 240 1840
2415
TABLA GENERAL DE CÁLCULO
200 A 3/0 6
14
1.18 15A 14 14
14
7.89 15A 12
1.58 15A 14
14 14
14
1.58 15A 14 14
0.79 15A 14
2.37 15A 14 14
1.58
15A
14 1415A
2.37
11.83 20A 10 12
7.89 15A 12 14
14 14
2.37 15A 14 14
7.5
12
7.89 15A
11.83 20A
8.68 15A
10 12HOR1
ELEV. MAS.
ALIM. MASA
MEZ. ASPAS.
CORRIENTE
NOMINAL INTERRUPTOR
11.83 20A
EQUIPO HP
0.5
7.5
1.180.75
MEZ. TAZA
MASACIZE 11.83
14
HORNO 1
12 14
14
12 14CABEZAL
15A
5
14
10
FASE
0.79 15A 14
10
20A
TIERRA
12
15A 14 14
TUR. COMB. 1 7.89 15A 12 14
2.37 15A
EXTRAC.
CAMP. H11
5.5
5
1
EXTRAC.
CAMP. H12
CAMP. HOR1.
TURB. COM 2
HOR2
HORNO 2
1.58
7.5
5
1.5
1.5
1.5
1
TRANS. ENFR.
TRANS. HOR1-
HOR2 1
7.5
EXTRAC.
CAMP. H21
CAMP. HOR2
EXTRAC.
CAMP. H22
0.75
1.5
TRANS. HOR2.-
ENFR. 0.5
CORRIENTE TOTAL
TRANSF. DE
CONTROL
107.28
INY. ENFR. 5
BAND. APIL. 1
ANEXO 2
50
CANTIDAD
3
1
1
1
1 INTERRUPTOR DE BAJA PRESIÓN DE AIRE
1
1 VÁLVULA SOLENOIDE DE PILOTO
3
1
3
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
INVENTARIO DE ELEMENTOS DE CONTROL Y PROTOCOLOS DE
OPERACIÓN Y SEGURIDAD EN EQUIPOS
ELEMENTOS EN EQUIPO PROTOCOLOS DE SEGURIDAD
INTERRUPTOR DE BAJA PRESIÓN DE
INTERRUPTOR DE ALTA PRESIÓN DE
HORNO 1 Y 2
BOTONES DE PARO
BOTÓN DE PARO Y ARRANQUE
FOTOCELDA DETECTORA DE FLAMA
SENSORES DE TEMPERATURA (3
VÁLVULA SOLENOIDE PRINCIPAL DE
SENSOR DE TRANSMISIÓN
SENSOR DE SOBRETEMPERATURA EN CHIMENEA
MODUTROLES (3 niveles)
VARILLA DE IGNICIÓN.
ALARMA DE FLAMA
ALARMA BAJA PRESIÓN DE GAS
SENSOR DE MOVIMIENTO
MICROS DE SEGURIDAD EN
ALARMA ALTA PRESIÓN DE AIRE
ALARMA POR SOBRE
ALARMA ALTA PRESIÓN DE GAS
ALARMA BAJA PRESIÓN DE AIRE
BOTÓN DE PARO
ENFRIADORBOTÓN DE PARO Y ARRANQUE
ARRANQUE EN AUTOMÁTICO DE
TRANSFERENCIASBOTÓN DE PARO Y ARRANQUE
TRANSFERENCIASBOTÓN DE PARO Y ARRANQUE
BOTÓN DE PARO
BOTÓN DE PARO
ARRANQUE EN AUTOMÁTICO DE
ANEXO 3
51
DIAGRAMA UNIFILAR
Para informes acerca de planos y
diagramas ponerse en contacto con la
UTTT.
52
PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE FUERZA
53
PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE CONTROL
54
PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE CABLES ESPECIALES
55
DIAGRAMAS PUNTO A PUNTO
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
DISEÑO DEL TABLERO
67
DISTRIBUCIÓN DEL TABLERO
68
69
ANÁLISIS COSTO BENEFICIO
Dentro de todas las organizaciones es necesario analizar los costos que implica la puesta en
marcha de cualquier actividad, la misma que está reflejada en la rentabilidad que produce la
empresa. Con referencia al mantenimiento es muy importante porque provoca que las
instalaciones se encuentren en óptimas condiciones, lo que permitirá el funcionamiento de la
maquinaria con un costo mínimo de operación mejorando las condiciones de seguridad.
Para analizar el presente proyecto como primer paso determinaremos el factor pérdidas de
producción por hora de interrupción por falla mecánica (IPFM). En la presente gráfica puede
observarse que hay una tendencia variable, lo que significa que hay un alto porcentaje de
interrupciones por falla mecánica en el 2011.
70
T prod T ipfm% semanal
HORNEADA
T prod
acum
T ipfm
acum% acum
46.09 0.00 0.00 46.09 0.00 0.00 1.00
78.04 0.00 0.00 124.12 0.00 0.00 1.00
88.63 0.00 0.00 212.76 0.00 0.00 1.00
97.42 0.43 0.44 310.17 0.43 0.14 1.00
77.05 0.82 1.06 387.22 1.25 0.32 1.00
66.85 0.00 0.00 454.07 1.25 0.28 1.00
81.70 0.00 0.00 535.77 1.25 0.23 1.00
95.39 3.50 3.67 631.16 4.75 0.75 1.00
51.88 0.00 0.00 683.04 4.75 0.70 1.00
55.15 0.00 0.00 738.19 4.75 0.64 1.00
74.32 0.33 0.45 812.50 5.08 0.63 1.00
87.12 6.10 7.00 899.62 11.18 1.24 1.00
93.44 0.00 0.00 993.06 11.18 1.13 1.00
85.97 0.18 0.21 1079.02 11.37 1.05 1.00
91.88 0.23 0.25 1170.91 11.60 0.99 1.00
59.75 0.00 0.00 1230.66 11.60 0.94 1.00
68.80 0.00 0.00 1299.46 11.60 0.89 1.00
93.72 0.93 1.00 1393.18 12.53 0.90 1.00
85.88 1.10 1.28 1479.06 13.63 0.92 1.00
81.67 0.00 0.00 1560.73 13.63 0.87 1.00
83.90 1.25 1.49 1644.63 14.88 0.90 1.00
55.20 2.47 4.47 1699.83 17.35 1.02 1.00
65.67 0.00 0.00 1765.50 17.35 0.98 1.00
88.22 0.47 0.53 1853.72 17.82 0.96 1.00
84.98 0.00 0.00 1938.70 17.82 0.92 1.00
74.10 0.00 0.00 2012.80 17.82 0.89 1.00
91.86 1.87 2.03 2104.67 19.68 0.94 1.00
68.85 0.83 1.21 2173.52 20.52 0.94 1.00
98.56 2.53 2.57 2272.08 23.05 1.01 1.00
80.23 4.97 6.19 2352.31 28.02 1.19 1.00
71.57 2.12 2.96 2423.88 30.13 1.24 1.00
88.38 0.27 0.30 2512.26 30.40 1.21 1.00
78.52 0.00 0.00 2590.78 30.40 1.17 1.00
89.13 0.00 0.00 2679.91 30.40 1.13 1.00
TOSTADA HORNEADA
META TH
En la siguiente tabla se muestra detalladamente el total de horas acumuladas en todas las
semanas del presente año:
TOTAL DE HORAS ACUMULADAS HASTA LA SEMANA N° 34= 30.40
71
EQUIPO MARCA Capacidad en BTU/h
HORNO MACHINE MASTER 5,000,000 BTU/h
HORNO MACHINE MASTER 1,500,000 BTU/h
HORNO CASA HERRERA 3,000,000 BTU/h
INTERCAMBIADOR CASA HERRERA 3,000,000 BTU/h
SECADOR CASA HERRERA 3,000,000 BTU/h
Total BTU/h 15,500,000
Total Giga Calorías 3.9091
RITMO GPM PAQ./HRA $ PAQ. $ TOTAL POR PROD.
PAQUETES 180 GRS 40 2400 2.85 $6,840.00
PAQUETES 280 GRS 40 2400 4.1 $9,840.00
PAQUETES 500 GRS 25 1500 7.5 $11,250.00
COSTO PROMEDIO HORA IPFM $9,310.00
Para hacer un estudio de del total de pérdidas de producción durante una interrupción por falla requerimos
saber la capacidad de producción de la línea para ello nos apoyamos en la siguiente tabla:
COSTO TOTAL PÉRDIDAS DE PRODUCCIÓN HASTA LA SEMANA N° 34
30.40 horas X $9,310.00= $283,024.00
Como segundo paso analizaremos el costo de consumo de gas combustible por hora de
IPFM.
COSTO TOTAL POR CONSUMO DE GAS HASTA LA SEMANA N° 34
3.9091 gcal/h X 30.40 hrs.= 118.83 gcal/h
118.83 gcal/h X $261.20= $31,040.13
72
CANTIDAD COSTO $ POR HORA
TROQUELEROS 2 53.5
AYUDANTES 6 103.5
OPERADOR EMBOLSADORA 1 23.125
EMPACADORES 2 37
TOTAL 217.125
En el tercer paso analizaremos el costo por IPFM factor Humano. A continuación en la
siguiente tabla se muestra el costo promedio por hora de IPFM.
COSTO TOTAL FACTOR HUMANO HASTA LA SEMANA N°34
$217.125 X 30.40 hrs.= $6,604.4
En el cuarto y último paso tratamos de estudiar a fondo el factor seguridad pero por políticas
del Grupo Bimbo no es posible detallar este punto por lo tanto concluimos que dentro del
factor seguridad el estado actual de la línea es de condiciones inseguras a donde se pueden
tener riesgos de lesiones graves con daños irreversibles.
ANÁLISIS PERDIDAS DE PRODUCCIÓN…………………………………………..$283,024.00
ANÁLISIS CONSUMO DE COMBUSTIBLE…………………………………………...$31,040.13
ANÁLISIS FACTOR HUMANO……………………………………………………………..$6,604.4
TOTAL IPFM…………………………………………………………………………… $320,668.53
73
COSTO DE IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO
74
75
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78
79
COSTO TOTAL DE IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO
TABLERO ELÉCTRICO DOBLE FONDO EN ACERO INOXIDABLE CALIBRE 24
INCLUIDOS TODOS SUS COMPONENTES (SLC, VARIADORES DE FRECUENCIA,
ARRANCADORES, INTERRUPTORES, ETC……………………………………… $993,650.00
INSTALACIÓN ELÉCTRICA (TUBERÍA CONDUIT, CABLE, CONTACTOS, CLAVIJAS,
SOPORTERIA Y CONSUMIBLES)………………………………………………….. $385,010.92
TOTAL……………………………………………………………………………....... $1,378,660.92
80
BENEFICIOS
Con la optimización del sistema de control eléctrico de la línea de tostada horneada en el
área de horneo y enfriamiento se obtendrán grandes beneficios como el de mejorar la
rentabilidad de un proceso ya sea en cuanto a costo, esfuerzo, insumos, calidad y seguridad.
Los beneficios podrían englobarse de la siguiente manera:
Mejorar las condiciones de trabajo:
Reduciendo las condiciones inseguras para el personal de mantenimiento y producción en el
aspecto físico, incrementando así la seguridad.
Mejorar la productividad:
Aumentando la cantidad de empaques producidos por hora, reduciendo los costos de
manufactura, mejorando la calidad y eficiencia de la misma.
Realizar las operaciones imposibles para el operario:
Con este sistema habrá una mejor comunicación entre el operador y el sistema de control.
Para ello se adaptó un panel view, realizando las operaciones que por las limitaciones
humanas no puedan llevarse a cabo como inspección a alta velocidad, medición de altas
temperaturas, etc. Estos sistemas son autosuficientes y requieren un mínimo de atención por
los operadores, permitiendo así, que ellos se dediquen a otras tareas.
Simplificar el mantenimiento:
Para el departamento de mantenimiento la implementación de este sistema será de gran
ayuda ya que al intervenir una falla será más rápida la ejecución, disminuyendo a la vez las
IPFM.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
De acuerdo a los análisis realizados y resultados obtenidos se concluye lo siguiente.
Se detectó que en el estado actual de la línea existen condiciones inseguras, además que el
índice de interrupción por falla mecánica en el presente año se ha visto seriamente afectado
por fallas eléctricas y por consecuencia se ve afectada la calidad del producto, la credibilidad
de la empresa y tanto el personal técnico como operarios están expuestos a tener
accidentes graves. Los accidentes son uno de los desperdicios monumentales más
importantes porque afecta directamente a lo más valioso para el grupo Bimbo, que es
nuestra gente, por definición el ser humano es único, irrepetible y perfectible. Lo que
significa que un accidente o muerte es irreversible, no se puede reparar y el daño es
permanente.
Por medio del estudio realizado se logró establecer que el actual sistema de control
eléctrico es deficiente e inseguro por lo tanto se requiere cambiar toda la instalación
eléctrica desde el tablero eléctrico que está ubicado en un lugar incomodo a donde no
se puede maniobrar con facilidad, hasta la instalación eléctrica de fuerza, control y
cables especiales. Reestructurando todo este sistema disminuirá notablemente el
índice de IPFM y las condiciones inseguras.
Con la adaptación de nuevas tecnologías como el SLC y el panel view será más fácil
para el personal técnico detectar y corregir fallas o anomalías en el sistema de control
eléctrico lo que significa que también disminuirá el tiempo de intervención y se verá
reflejado en el índice de interrupción por falla mecánica.
Para los operarios con la adaptación de un panel view se podrá tener una mejor
interacción hombre-máquina, mejorando el control del proceso y la calidad del
proceso así como evitar que el operador realice tareas a donde esté expuesto a
condiciones inseguras.
Toda la información documentada en este trabajo será de gran ayuda para la
implementación de proyectos semejantes a futuro. Además, por tratarse de una planta
82
del grupo Bimbo líder a nivel mundial en panificación se debe cumplir con ciertas
normas, dado que es parte de un proceso de mejora continua.
RECOMENDACIONES
En función de los resultados y conclusiones que se obtuvieron en este estudio se
recomienda lo siguiente:
Hacer realidad la propuesta de implementar la optimización del sistema de control
eléctrico para la línea de tostada horneada lo más pronto posible.
Elaborar un programa para capacitar a los operarios de la línea de tostada horneada
acerca de la operación de la línea para garantizar el buen funcionamiento de los
equipos y la seguridad de los mismos.
Realizar una rutina de inspección mensual del estado de la línea, verificación de
alarmas audibles y visuales, en caso de detectar alguna anomalía realizar acciones
correctivas.
Llevar a cabo en tiempo y forma los mantenimientos preventivos programados para el
tablero eléctrico.
Respaldar los programas del SLC, panel view, diagramas, planos y manual de
operación para asignarles una ubicación específica.
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GLOSARIO
Ipfm.- Interrupción por falla mecanica.
Layout.- El layout es el esquema de distribución, lógico y ordenado de un sistema y es
usado como herramienta para optimizar procesos o sistemas.
Interface.- Es la conexión entre dos ordenadores o máquinas de cualquier tipo dando una
comunicación entre distintos niveles.
PLC.- Controlador Logico Programable
SLC.- Pequeño Controlador Logico.
TrIac.- Es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo
de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos
y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del
valor de mantenimiento.
Panel View.- Es tan solo un panel donde podes visualizar los distintos valores de las
variables en el proceso de un PLC .
Sensor.- Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las
variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica,
distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH,
etc.
Relevador.- Es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por
un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán se acciona un
juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos
independientes.
Termopar.- es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un
voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los
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extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado
"punto frío" o unión fría o de referencia.
Variador de Frecuencia.- Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un
motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación
suministrada al motor.
Devicenet.- Es un protocolo de comunicación usado en la industria de la automatización
para interconectar dispositivos de control para intercambio de datos.
Automatización.- Es la tecnología que trata de la aplicación de sistemas mecánicos,
electrónicos y de bases computacionales para operar y controlar la producción.
Transductor.- Es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de
energía de entrada, en otra de diferente a la salida.
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BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓN.
-Manual de conceptos de PLC.
México: Grupo Bimbo.
42 paginas.
- Manual de Programación de PLC.
México: Grupo Bimbo.
49 paginas.
-Página de internet.
Fecha: Abril 2011.
Consulto: Francisco Javier Medina Hernández.
www.tec.url.edu.gt
Autor: Ing. Carlos Ruedas de la facultad de Ingeniería Universidad Rafael Landívar.
-Página de internet.
Fecha: Abril 2011.
Consulto: Francisco Javier Medina Hernández.
http://es.wikipedia.org
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