UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ACTUALIZACIÓN DE AUTOMATISMOS PARA EQUIPOS DE ENVASADO EN LA
PLANTA MINALBA - PEPSI COLA DE VENEZUELA, C.A
Por: Fernando Álvarez Liporace
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar por
el título de Ingeniero Electrónico
Sartenejas, junio de 2012.
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ACTUALIZACIÓN DE AUTOMATISMOS PARA EQUIPOS DE ENVASADO EN LA
PLANTA MINALBA - PEPSI COLA DE VENEZUELA, C.A
Por: Fernando Álvarez Liporace
Realizado con la asesoría de:
Prof. Gustavo Sánchez
Tutor industrial: Ing. Melitza Rico
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar por
el título de Ingeniero Electrónico
Sartenejas, junio de 2012.
PÁGINA DE APROBACIÓN
iv
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ACTUALIZACIÓN DE AUTOMATISMOS PARA EQUIPOS DE ENVASADO EN LA
PLANTA MINALBA - PEPSI COLA DE VENEZUELA, C.A
INFORME DE PASANTÍA
Presentado por: Fernando Álvarez Liporace. Carnet: 06-39146
Realizado con la asesoría de: Prof. Gustavo Sánchez
RESUMEN
La pasantía consistió en cuatro proyectos de automatización en líneas de envasado de agua
mineral en la Planta Pepsi Cola de Venezuela en San Pedro de los Altos, lo cual incluye diseño,
planificación y puesta en marcha de cada uno de ellos. Los proyectos surgen de la necesidad de
migrar paneles de control y tableros obsoletos, además de introducir mejoras en el
funcionamiento que permitan optimizar el proceso productivo e incrementar la vida útil de los
equipos. También se actualizaron los manuales de operación, los esquemas eléctricos y la
documentación del software. Finalmente, se validaron mediante pruebas los parámetros
característicos de cada equipo.
Palabras Clave: Sistemas de Control, Automatización, Actualización, Envasado.
v
DEDICATORIA
A Dios por guiarme siempre y acompañarme en todo momento.
A toda mi familia y amigos, porque sin ustedes no hubiera sido posible todo esto; gracias por
apoyarme incondicionalmente en los momentos más difíciles.
A mi Abuelo Rodrigo por ser quien fuiste conmigo, para mí siempre fuiste el mejor abuelo del
mundo, no tengo palabras para expresar cuanto te extraño en mi vida.
Al Colegio Cristo Rey y todos sus profesores que siempre me guiaron desde muy pequeño,
entregándome todas las herramientas necesarias y formándome como una mejor persona.
A la Universidad Simón Bolívar, por ser mi segunda casa durante mucho tiempo y formarme
como profesional.
Al fútbol por ser ese complemento durante toda mi vida, que tanto me hace feliz y me permitió
tener la motivación para lograr esto.
vi
AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS
A mis padres, María Nelly y Maximiliano por guiarme siempre y apoyarme durante toda mi
vida, siempre con todo el amor del mundo.
A mis hermanos, Andrea y Maximiliano por estar siempre a mi lado y ser siempre un ejemplo
a seguir.
A mis abuelos, Maximiliano, Charo, Rodrigo y Carmina por demostrarme siempre todo su
cariño y regalarme una infancia tan feliz.
A mis tíos y tías, Carmen, María Fernanda, Daniel y Alejandro, por apoyarme siempre en todo
momento y brindarme todo su cariño.
A mis primos, Verónica, Daniela, Gabriela, María Alejandra, Jorge y Nicolás por ser siempre
más que familia, amigos incondicionales.
A mis amigos de toda la vida y los que pude conocer en la Universidad, gracias por tantos
momentos alegres, espero contar con ustedes para siempre.
A mi novia, por ser la mujer que cambió mi vida y me permitió superar todos los momentos
difíciles con todo su cariño y amor.
Al Sr Edgar López y todo el personal de la Planta Pepsi Cola, por recibirme y brindarme la
oportunidad de tener ésta increíble experiencia.
Al Profesor Gustavo Sánchez por todo su apoyo y sabias palabras de experiencia que me
ayudaron en todo momento.
vii
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN ............................................................................................................................................................... ivDEDICATORIA ...................................................................................................................................................... vAGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS..................................................................................... viÍNDICE GENERAL .............................................................................................................................................viiÍNDICE DE FIGURAS.......................................................................................................................................... xLISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ......................................................................................... xviiINTRODUCCIÓN................................................................................................................................................ 18Capítulo 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ......................................................................................... 20
1.1. Misión de la empresa [8] ........................................................................................................................ 211.2. Visión de la empresa [8] ......................................................................................................................... 211.3. Estructura organizativa............................................................................................................................ 211.4. Área de trabajo........................................................................................................................................... 22
Capítulo 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS .................................................................................................. 242.1. Equipos de potencia ................................................................................................................................. 24
2.1.1. Contactor .............................................................................................................................................. 242.1.2. Relé: ....................................................................................................................................................... 242.1.3. Guardamotor o interruptor termo magnético ............................................................................. 242.1.4. Variadores de frecuencia: ................................................................................................................ 252.1.5. Componentes internos del convertidor de frecuencia.............................................................. 25
2.2. Equipos de control e instrumentación ................................................................................................. 262.2.1. Controlador lógico programable (PLC): ..................................................................................... 262.2.2. Panel TP177B ..................................................................................................................................... 292.2.3. Sensores: ............................................................................................................................................... 312.2.4. Electroválvulas: .................................................................................................................................. 37
2.3. Planos eléctricos ........................................................................................................................................ 38Capítulo 3 PROYECTO 1: MÁQUINA MEZCLADORA DE BEBIDAS ......................................... 40
viii
CARBONATADAS DE LÍNEA 4 .................................................................................................................. 403.1. Descripción de los equipos de la línea de producción.................................................................... 41
3.1.1. Despaletizador: ................................................................................................................................... 413.1.2. Posicionadora de botellas ................................................................................................................ 413.1.3. Vías aéreas de botellas...................................................................................................................... 423.1.4. Transporte de botellas vacías.......................................................................................................... 423.1.5. Llenadora .............................................................................................................................................. 423.1.6. Transporte de botellas llenas .......................................................................................................... 423.1.7. Empaquetadora ................................................................................................................................... 423.1.8. Mesa de Paletizado ............................................................................................................................ 43
3.2. Descripción del proceso .......................................................................................................................... 433.3. Descripción del equipo:........................................................................................................................... 443.4. Descripción del problema ....................................................................................................................... 493.5. Planteamiento del proyecto .................................................................................................................... 523.6. Planos eléctricos ........................................................................................................................................ 593.7. Tablero de control ..................................................................................................................................... 693.8. Resultados: .................................................................................................................................................. 743.9. Referencia al manual de operación del equipo ................................................................................. 75
Capítulo 4 Proyecto línea 2: Paletizador y Transportes............................................................................. 78de botellas y paquetes .......................................................................................................................................... 78
4.1. Descripción de los equipos que conforman la línea de producción 2 ........................................ 784.1.1. Despaletizador: ................................................................................................................................... 784.1.2. Posicionadora de botellas ................................................................................................................ 794.1.3. Vías aéreas de botellas...................................................................................................................... 794.1.4. Llenadora .............................................................................................................................................. 794.1.5. Transporte de botellas llenas .......................................................................................................... 794.1.6. Empaquetadora ................................................................................................................................... 794.1.7. Transporte de paquetes ..................................................................................................................... 80
4.2. Proyecto 2: Paletizador de línea 2 ........................................................................................................ 804.2.1. Descripción del proceso ................................................................................................................... 804.2.2. Descripción del equipo:.................................................................................................................... 814.2.3. Descripción del problema ................................................................................................................ 83
ix
4.2.4. Planteamiento del proyecto:............................................................................................................ 874.2.5. Planos eléctricos:................................................................................................................................ 994.2.6. Resultados ..........................................................................................................................................1044.2.7. Referencia al manual de operación .............................................................................................105
4.3. Proyecto 3: Transportes de botellas y paquetes línea 2 ...............................................................1084.3.1. Descripción del equipo ...................................................................................................................1084.3.2. Descripción del problema ..............................................................................................................1094.3.3. Planteamiento del proyecto ...........................................................................................................1104.3.4. Resultados: .........................................................................................................................................1184.3.5. Referencia al manual de operación .............................................................................................120
Capítulo 5 Proyecto 4- Despaletizador de línea 1 .....................................................................................1225.1. Descripción de los equipos que conforman la línea 1 ..................................................................122
5.1.1. Despaletizador: .................................................................................................................................1225.1.2. Jirafa: ...................................................................................................................................................1225.1.3. Vías aéreas: ........................................................................................................................................1235.1.4. Llenadora ............................................................................................................................................1235.1.5. Transporte de botellas llenas: .......................................................................................................1235.1.6. Empaquetadora .................................................................................................................................1235.1.7. Mesa de Paletizado ..........................................................................................................................123
5.2. Descripción del equipo:.........................................................................................................................1235.3. Descripción del problema .....................................................................................................................1325.4. Planteamiento del proyecto ..................................................................................................................1365.5. Planos eléctricos......................................................................................................................................1385.6. Tablero de control ...................................................................................................................................1505.7. Resultados: ................................................................................................................................................1545.8. Referencia al manual de operación del equipo: .............................................................................155
CONCLUSIONES..............................................................................................................................................158REFERENCIAS..................................................................................................................................................159ANEXOS ..............................................................................................................................................................160
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Organigrama de Pepsi Cola Venezuela C.A. Planta San Pedro de los Altos ........22
Figura 1.2 Depto. de Mantenimiento Pepsi Cola Venezuela C.A Planta San Pedro...............23
Figura 2.1 Panel TP177B Vista frontal y lateral ...............................................................29
Figura 2.2 Panel TP177B- Vista posterior .......................................................................30
Figura 3.1 Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas ..................................................40
Figura 3.2 Diagrama del proceso de producción de línea 4 ................................................41
Figura 3.3 Diagrama de vista frontal Carbo-Cooler ..........................................................44
Figura 3.4 Proporcionador de agua .................................................................................45
Figura 3.5 Proporcionador de jarabe ...............................................................................45
Figura 3.6 Tanque Desaireador.......................................................................................46
Figura 3.7 Tanque Saturador ..........................................................................................46
Figura 3.8 Tablero de control anterior para procedimiento CIP ..........................................47
Figura 3.9 Diagrama vista superior Carbo-Cooler.............................................................47
Figura 3.10 Bomba de agua y Bomba de mezcla del Carbo-Cooler ....................................48
Figura 3.11 Tablero eléctrico anterior del Carbo-Cooler....................................................50
Figura 3.12 Tablero de control anterior Carbo-Cooler.......................................................51
Figura 3.13 Diagrama Predosix Carbo-cooler procedimiento CIP ......................................52
Figura 3.14 Anexo A-Paso 3 Llenar desaireador, Drenar llenadora.....................................55
Figura 3.15 Anexo A-Paso 4 Enjuague del equipo ............................................................55
Figura 3.16 Anexo A-Paso 6 Aspiración del primer químico .............................................56
Figura 3.17 Anexo A-Circulación del primer químico en el equipo ....................................56
Figura 3.18 Banco de electroválvulas..............................................................................57
Figura 3.19 Válvula del Carbo-cooler .............................................................................58
Figura 3.20 Válvula de inyección de Co2 ........................................................................58
Figura 3.21 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler- Tablero de control y fuerza.................59
Figura 3.22 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Entradas digitales- Byte 0 ..................60
xi
Figura 3.23 Anexo B- Entradas digitales Carbo-Cooler - Byte 1 .......................................61
Figura 3.24 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 4 ...........................................62
Figura 3.25 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 5 ...........................................62
Figura 3.26 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 6 ...........................................63
Figura 3.27 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 7 ...........................................63
Figura 3.28 Curva característica de la termo resistencia ....................................................64
Figura 3.29 Curva característica de la termocupla ............................................................65
Figura 3.30 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler..................................................65
Figura 3.31 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler..................................................66
Figura 3.32 Anexo B- Salidas Analógicas Carbo-Cooler ...................................................66
Figura 3.33 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel ....................................67
Figura 3.34 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel ....................................68
Figura 3.35 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler Relés de nivel....................................68
Figura 3.36 Diseño del Tablero de control Carbo-Cooler ..................................................69
Figura 3.37 Nuevo tablero de control Carbo-Cooler.........................................................70
Figura 3.38 Identificación de componentes en tablero de control del Carbo-Cooler..............71
Figura 3.39 Conexiones en borneras de control de tablero del Carbo-Cooler .......................72
Figura 3.40 Elementos de fuerza en tablero de control Carbo-cooler ..................................72
Figura 3.41 Relés de nivel correspondientes a las sondas de los tanques del Carbo-
Cooler.................................................................................................................73
Figura 3.42 Panel Siemens TP177B Carbo-Cooler ...........................................................73
Figura 3.43 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de parada.......................75
Figura 3.44 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de arranque....................76
Figura 3.45 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Identificación de los
componentes del sistema .......................................................................................76
Figura 3.46 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del procedimiento
de producción ......................................................................................................77
Figura 3.47 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del procedimiento
CIP .....................................................................................................................77
Figura 4.1 Diagrama del proceso de producción de línea 2 ................................................78
Figura 4.2 Referencias en cuanto a velocidad de los equipos de línea 2...............................80
Figura 4.3 Paletizador de línea 2.....................................................................................81
Figura 4.4 Brazo empujador de paquetes .........................................................................82
xii
Figura 4.5 Brazo de Robokombi .....................................................................................83
Figura 4.6 Proceso de paletizado cronometrado................................................................84
Figura 4.7 Paso 2 ..........................................................................................................85
Figura 4.8 Paso 3 ..........................................................................................................85
Figura 4.9 Paso 4 ..........................................................................................................86
Figura 4.10 Paso 5 ........................................................................................................86
Figura 4.11 Robot araña antes de las modificaciones ........................................................88
Figura 4.12 Robot araña- Elementos a desincorporar ........................................................88
Figura 4.13 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas ...............................89
Figura 4.14 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas ...............................90
Figura 4.15 Robot araña después de las modificaciones ....................................................90
Figura 4.16 Dosificador de paletas vista posterior ............................................................91
Figura 4.17 Dosificador de paletas vista frontal................................................................92
Figura 4.18 Diagrama de ubicación de sensores ya existentes del dosificador de paletas .......93
Figura 4.19 Sensores indicadores de nivel del elevador de paletas ......................................94
Figura 4.20 Sensor magnético gancho abierto dosificador de paletas ..................................94
Figura 4.21 Ubicación de sensores incorporados en el dosificador de paletas ......................95
Figura 4.22 Sensor presencia de paleta en transporte 2......................................................96
Figura 4.23 Sensor transporte 2 arriba .............................................................................96
Figura 4.24 Sensor presencia de paleta en transporte 1......................................................97
Figura 4.25 Sensor mínimo 3 paletas en transporte 1 ........................................................97
Figura 4.26 Sensor de máximo nivel de paletas en transporte 1 ..........................................98
Figura 4.27 Nodos de entradas y salidas del dosificador de paletas.....................................98
Figura 4.28 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor elevador de paletas......99
Figura 4.29 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte cadena 1 ...100
Figura 4.30 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte cadena 2 ...100
Figura 4.31 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas...............................................................................................................101
Figura 4.32 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas...............................................................................................................101
Figura 4.33 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas...............................................................................................................102
Figura 4.34 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Salidas Dosificador de
xiii
paletas...............................................................................................................102
Figura 4.35 Panel secundario de operación anterior ........................................................103
Figura 4.36 Panel secundario de operación instalado ......................................................103
Figura 4.37 Panel principal paletizador línea 2 instalado .................................................104
Figura 4.38 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones manuales
del Robokombi...................................................................................................106
Figura 4.39 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones manuales
del Robokombi...................................................................................................106
Figura 4.40 Anexo E-Manual de operación Paletizador línea 2- Funciones manuales
Dosificador de paletas.........................................................................................107
Figura 4.41 Anexo E-Manual de operación Paletizador línea 2- Funciones manuales
Dosificador de paletas.........................................................................................107
Figura 4.42 Diagrama de las líneas transportadoras de envases y paquetes de línea 2 .........108
Figura 4.43 Diagrama Transportes de paquetes de línea 2 ...............................................111
Figura 4.44 Transportes de paquetes de línea 2 ..............................................................111
Figura 4.45 Sensor detector de paquetes transporte 2201.................................................112
Figura 4.46 Programa Step 7 Referencia de salida del motor ...........................................114
Figura 4.47 Transportes de botellas de línea 2................................................................115
Figura 4.48 Transportes de botellas de línea 2 ................................................................115
Figura 4.49 Sensor de acumulación de botellas en transportes de línea 2...........................116
Figura 4.50 Programa Step 7 Condición velocidad baja motor 1301 .................................117
Figura 4.51 Programa Step 7 Condición velocidad media motor 1301 ..............................117
Figura 4.52 Programa Step 7 Condición velocidad alta motor 1301 ..................................118
Figura 4.53 Panel de control líneas transportadoras ........................................................120
Figura 4.54 Anexo E-Manual de operación transportes de línea 2- Menú principal ...........120
Figura 4.55 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de entrada ..121
Figura 4.56 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de entrada ..121
Figura 5.1 Diagrama del proceso de producción de línea 1 ..............................................122
Figura 5.2 Despaletizador de línea 1 .............................................................................124
Figura 5.3 Despaletizador de línea 1- Transportes de entrada...........................................125
Figura 5.4 Despaletizador de línea 1- Salida de botellas ..................................................125
Figura 5.5 Despaletizador de línea 1- Carro barredor de camada ......................................126
Figura 5.6 Despaletizador de línea 1- Mallas transportadoras de botellas ..........................126
xiv
Figura 5.7 Despaletizador de línea 1- Enfilador de botellas .............................................127
Figura 5.8 Transporte en descenso o Jirafa ....................................................................127
Figura 5.9 Despaletizador de línea 1- Arrumador de paletas ............................................128
Figura 5.10 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 1 ...............................................................................................................128
Figura 5.11 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 2 ...............................................................................................................129
Figura 5.12 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 3 ...............................................................................................................129
Figura 5.13 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 4 ...............................................................................................................129
Figura 5.14 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 5 ...............................................................................................................130
Figura 5.15 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 5 ...............................................................................................................130
Figura 5.16 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 6 ...............................................................................................................130
Figura 5.17 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 7 ...............................................................................................................131
Figura 5.18 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 8 ...............................................................................................................131
Figura 5.19 Anexo G-Procedimiento de despaletizador de línea 1- Paso 9.........................131
Figura 5.20 Tablero eléctrico anterior Despaletizador de línea 1 ......................................133
Figura 5.21 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1 ....................................133
Figura 5.22 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1 ....................................134
Figura 5.23 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1 ....................................134
Figura 5.24 Panel Allen Bradlley..................................................................................135
Figura 5.25 Cableado del equipo antes de las modificaciones ..........................................135
Figura 5.26 Cableado del equipo antes de las modificaciones ..........................................136
Figura 5.27 Sensor detector de paleta con producto en transporte 1 ..................................137
Figura 5.28 Sensores de puerta abierta/cerrada...............................................................137
Figura 5.29 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Tablero de control y
fuerza................................................................................................................139
xv
Figura 5.30 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte 1 .....140
Figura 5.31 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte 2 .....140
Figura 5.32 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte 3 .....141
Figura 5.33 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 1 y
Motor soplador 2................................................................................................142
Figura 5.34 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 3 y
Motor brazo agitador ..........................................................................................142
Figura 5.35 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor enfilador
curva y Motor Malla Larga..................................................................................143
Figura 5.36 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Malla Corta y
Motor Barredor ..................................................................................................143
Figura 5.37 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor enfilador
transporte y Motor Transporte 4...........................................................................144
Figura 5.38 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Jirafa y Motor
Elevador............................................................................................................144
Figura 5.39 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......145
Figura 5.40 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......146
Figura 5.41 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......146
Figura 5.42 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......147
Figura 5.43 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......147
Figura 5.44 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......148
Figura 5.45 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales.........148
Figura 5.46 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales.........149
Figura 5.47 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales.........149
Figura 5.48 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales.........150
Figura 5.49 Diseño de tablero del Despaletizador de línea 1 ............................................151
Figura 5.50 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1 ..................................................152
Figura 5.51 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes.............................152
Figura 5.52 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes.............................153
Figura 5.53 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Bornera de conexiones ...............153
Figura 5.54 Panel TP177B en Despaletizador de línea 1 instalado ....................................154
Figura 5.55 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Menú Principal .......156
Figura 5.56 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Funciones
xvi
manuales ...........................................................................................................156
Figura 5.57 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Cambio de formato..157
Figura 5.58 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Secuencia ...............157
xvii
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
AC: Corriente alterna
Hz: Hertz
DC: Corriente directa
PLC: Controlador Lógico Programable
CPU: Unidad Central de Procesamiento
IEC: Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Comission)
I/Os: Entradas y Salidas (In and Out´s)
Bar: Unidad de presión
Bit: Digito Binario (Binary Digit)
CIP: Clean In Place
CO2: Dióxido de carbono
Ohms: Ohmnios
Vac: Voltaje alterno
Vdc: Voltaje directo
INTRODUCCIÓN
Los proyectos realizados durante la pasantía surgen del esfuerzo de Empresas Polar por
mejorar sus procesos productivos. La planta Minalba en particular tiene un funcionamiento
continuo, el cual únicamente se detiene un día por semana. Es por esto que resulta crítico que las
líneas funcionen de manera adecuada para evitar fallas que perjudiquen el cumplimiento de los
objetivos de producción. Se plantearon entonces proyectos en los equipos de envasado, que
permitieran introducir actualizaciones en los automatismos de forma tal de incrementar la vida
útil de los equipos, además de optimizar el funcionamiento de los equipos.
En consecuencia, se procura remplazar los elementos obsoletos por tecnologías que permitan
un funcionamiento más confiable. Cada proyecto de automatización realizado durante la pasantía
se describirá en este informe de manera individual, a saber:
1. Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de línea 4,
2. Despaletizador de línea 1,
3. Transporte de envases y paquetes de línea 2 ,
4. Paletizador de línea 2
Como plataforma básica se utilizó en cada caso el PLC Siemens S7 300, el cual permite la
comunicación y el control de los diferentes elementos del sistema. Además se realizó la
instalación de paneles Siemens TP177B para visualizar e interactuar con las funciones de
operación (Interfaz Hombre/Máquina).
Considerando que cualquier intervención en el proceso implica la parada de toda la línea de
producción, la ejecución o puesta en marcha de los proyectos se debió ejecutar durante los días
feriados de Carnavales y Semana Santa. Por lo tanto se realizó una planificación previa lo más
completa posible que permitiera iniciar, desarrollar y culminar los proyectos sin sobrepasarse del
19
tiempo estipulado, intentando evitar retrasos indeseados.
El primer proyecto se realizó para una máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de la
línea 4, a partir de la necesidad de realizar una migración del control basado en relés elector-
mecánicos.
Los proyectos 2 y 3 se realizaron en equipos relacionados con la línea transportadora de
envases y con el robot paletizador de línea 2. En este caso se instaló un panel TP177B, y se
programó una lógica de modulación de velocidades de transporte, que permitiese disminuir el
número de botellas caídas, y una mejor acumulación de los paquetes. En el paletizador se ejecutó
una alteración importante, incorporando un equipo de dosificación de paletas.
El cuarto proyecto se realizó en el despaletizador de línea 1, el cual se encarga de tomar las
paletas con botellas vacías y moverlas hacia las vías transportadoras para ser enviadas a la
llenadora. Se realizó la migración de un PLC Allen Bradley por un Siemens S7. Además se
reconstruyó el tablero eléctrico migrando todos los elementos del mismo y se sustituyó el panel
Allen Bradley por un Siemens TP177B.
Además como objetivos de la pasantía se realizó una estandarización de los manuales de
operación, esquemas eléctricos y códigos de las actualizaciones instaladas, con un previo trabajo
de diseño y planificación de las modificaciones realizadas en los equipos de envasado, de forma
tal de estar en capacidad de culminar los proyectos de automatización dentro del tiempo
estipulado.
El presente informe está estructurado de la siguiente manera: en el capítulo 1 se describe en
líneas generales la empresa en donde se realizaron los proyectos, junto con una explicación del
departamento en donde se desarrolló el trabajo. En el capítulo 2 se presentan algunos elementos
teóricos que ayudan a comprender los aspectos más relevantes del trabajo. En los capítulos 3,4 y
5 se describen de manera detallada cada uno de los proyectos de automatización mencionados
previamente. Finalmente, se presentan una sección con las conclusiones que pueden formularse
con respecto al desarrollo de la pasantía.
20
CAPÍTULO 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
Empresas Polar es una corporación dedicada al mercado de bebidas y alimentos, cuenta con
cuatro empresas principales ubicados en diferentes zonas del país. Las empresas que conforman
todo el conjunto de Empresas Polar son Cervecería Polar, dedicada al negocio de cerveza y vinos,
Pepsi Cola Venezuela, encargada de la parte de bebidas carbonatadas y no carbonatadas,
Alimentos Polar, dedicada al negocio de alimentos y por último la Fundación Polar, que
representa el brazo social del conjunto de Empresas Polar.[8]
Empresas Polar cuenta ya con 70 años de historia en el mercado nacional, representando sin
duda alguna la empresa líder en el mercado de bebidas y alimentos; cuenta con un total de 30
plantas a nivel nacional que se reparten estratégicamente por todo el territorio nacional,
caracterizadas por sus excelentes condiciones de infraestructura, operación y comercialización
siempre en búsqueda de alcanzar un rendimiento óptimo que permita satisfacer ampliamente las
necesidades del mercado nacional. La empresa Pepsi Cola Venezuela C.A es el encargado de la
producción de refrescos y bebidas no carbonatadas, y se encuentra en sociedad con PepsiCo
Internacional. La estructura de Pepsi Cola Venezuela está formada por 9 plantas de producción
dentro de las cuales se encuentra la Planta Minalba San Pedro, encargada de envasar la
presentación de agua de manantial marca “Minalba”, en sus presentaciones de 330ml, 600ml,
1500ml y 5000ml; además de agua saborizada “Minalba Flavor” y la presentación de agua
gasificada “Minalba Sparkling”.
21
La Planta Minalba de Pepsi Cola Venezuela se encuentra ubicada en San Pedro de los Altos,
estado Miranda. La fuente del Agua Mineral Minalba está constituida por manantiales ubicados
al noroeste del pueblo de San Pedro de los Altos , distribuidos en más de 113 hectáreas a una
altitud promedio de 1300 metros sobre el nivel del mar y protegidos por un área boscosa
completamente libre de contaminación, lindante con el Parque Nacional Macarao. Cabe destacar
que la planta es la única encargada de envasar agua en todo el país por parte de Pepsi Cola
Venezuela C.A, desde el 1° de agosto del año 2000, que es donde Pepsi Cola Venezuela C.A., la
empresa productora y comercializadora de marcas líderes de refrescos y bebidas no carbonatadas,
acordó con MAVESA, S.A. la adquisición del negocio de Agua Mineral.
El proceso de envasado de la planta se inicia cuando el agua es transportada por tuberías
plásticas desde los manantiales hasta la planta, en donde se realiza un proceso de filtrado, mas no
se realiza transformación química alguna, por lo tanto el agua llega a la planta conservando sus
características físico-químicas intactas. Actualmente la planta posee 4 líneas de producción
dotadas de los equipos adecuados para realizar un proceso de envasado optimo del agua que a su
vez este en la capacidad de satisfacer la demanda de producción.
1.1. Misión de la empresa [8]
Satisfacer las necesidades de consumidores, clientes, compañías, vendedores, concesionarios,
distribuidores, accionistas, trabajadores y suplidores, a través de nuestros productos y de la
gestión de nuestros negocios, garantizando los más altos estándares de calidad, eficiencia y
competitividad, con la mejor relación precio/valor, alta rentabilidad y crecimiento sostenido,
contribuyendo con el mejoramiento de la calidad de vida de la comunidad y el desarrollo del país.
1.2. Visión de la empresa [8]
Seremos la planta líder de la planta líder en el envasado de agua mineral, ofreciendo productos
de altísima calidad con operaciones de comprobada eficiencia y ejemplo de orden y limpieza.
Promoveremos la generación y difusión de los conocimientos en las áreas comerciales,
tecnológicas, gerenciales y ambientales, con gente comprometida con los valores de la
organización, garantizando igual oportunidad para su crecimiento y desarrollo.
1.3. Estructura organizativa
La empresa Pepsi Cola Venezuela C.A. posee una estructura de forma piramidal lineal. Donde
cada departamento posee un nivel jerárquico dentro del organigrama. A su vez cada
departamento tiene su estructura organizativa en la cual se conserva la misma forma piramidal
22
lineal. En la figura 1.1, se muestra el organigrama principal de la Planta por niveles, en donde se
refleja el departamento de mantenimiento, dentro del cual se realizaron las pasantías laborales.
Figura 1.1 Organigrama de Pepsi Cola Venezuela C.A. Planta San Pedro de los Altos
1.4. Área de trabajo
El Departamento de Mantenimiento se encarga de dirigir, planificar, coordinar y controlar las
actividades encaminadas a garantizar el mantenimiento de los equipos, instalaciones de planta y
almacenes externos. La finalidad es la de mantener la operatividad de la planta en óptimas
condiciones y reducir al mínimo el tiempo improductivo debido a paradas no previstas para
realizar reparaciones no programadas. También deben velar por disminuir los niveles de riesgo y
accidentabilidad.
La responsabilidad de este departamento es sumamente alta debido a los altos niveles de
demanda de producción que existen en la empresa, la cual produce 6 de los 7 días de la semana
en horario completo. Cualquier inconveniente presentado en los equipos puede ser altamente
crítico en términos de producción. En la figura 1.2, se muestra la representación gráfica de la
estructura del departamento de Mantenimiento.
23
Figura 1.2 Depto. de Mantenimiento Pepsi Cola Venezuela C.A Planta San Pedro
Dentro de la estructura presentada puede hacerse referencia a una división que incluye una
parte eléctrica y una mecánica. La pasantía se desarrolló en el área de mantenimiento eléctrico,
realizando en conjunto con el personal de la planta un conjunto de proyectos de automatización
para mejorar el proceso productivo e incrementar la vida útil de los equipos involucrados en las
líneas de producción.
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
A continuación se presentan algunos elementos teóricos relevantes en la descripción de los
proyectos de automatización realizados, que sirven como apoyo para entender el trabajo realizado
en cada proyecto. La información de este capítulo fue tomada de las referencias [1], [3], [6] y [7].
2.1. Equipos de potencia
Los tableros eléctricos de los equipos involucrados en los proyectos de
automatización presentan elementos comunes, en los cuales es importante resaltar la
función de cada uno de ellos.
2.1.1. Contactor
Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación
con la capacidad de ser accionado a distancia que tiene dos posiciones de funcionamiento: una
estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra
inestable, cuando es energizado y realiza el accionamiento mecánico de conmutación.
2.1.2. Relé:
Es un dispositivo electromecánico que 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.
2.1.3. Guardamotor o interruptor termo magnético
Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta
sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos
por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (Efecto Joule).
El dispositivo consta por lo tanto de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica,
conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga
25
2.1.4. Variadores de frecuencia:
Un convertidor o variador de frecuencia es un controlador de motor electrónico que convierte
la entrada de la red de AC en una salida de forma de onda de AC variable. La frecuencia y la
tensión de salida se regulan para controlar la velocidad o el par del motor. El convertidor de
frecuencia puede variar la velocidad del motor en respuesta a la realimentación del sistema, por
ejemplo los sensores de una cinta transportadora. El convertidor de frecuencia también puede
regular el motor respondiendo a comandos remotos de controladores externos.
Además el convertidor de frecuencia supervisa el estado del motor y del sistema, emite
advertencias o alarmas por fallos, arranca y detiene el motor, optimiza la eficiencia energética y
ofrece muchas más funciones de control, monitorización y eficacia. Un sistema de control
externo o red de comunicación en serie tiene acceso a las funciones de funcionamiento y
monitorización bajo la forma de indicaciones de estado.
2.1.5. Componentes internos del convertidor de frecuencia
Entrada de red: Fuente de alimentación de la red de AC trifásica al convertidor de
frecuencia.
Rectificador: El puente rectificador convierte la entrada de Corriente alterna en Corriente
Continua para suministrar potencia al inversor.
Bus de CC: Es el encargado de tratar la corriente continua.
Reactores de CC: - Filtran la tensión de circuito de CC intermedio.
Comprueban la protección transitoria de la línea.
-Reducen la corriente RMS
-Aumentan el factor de potencia que reflejan en la línea
-Reducen los armónicos en la entrada de CA.
Banco de condensadores: -Almacena la potencia de CC.
-Proporciona protección ininterrumpida para pérdidas de potencia cortas.
Inversor: Convierte la CC en una forma de onda de CA PWM controlada para una salida
variable controlada al motor.
Salida al motor: Regula la potencia de salida trifásica al motor.
26
Control de freno mecánico del variador de frecuencia: En las aplicaciones de
elevación/descenso, es necesario poder controlar un freno electromecánico. Si el convertidor de
frecuencia se encuentra en modo de alarma o en una situación de sobretensión el freno mecánico
actúa inmediatamente. En el movimiento vertical, el punto clave es que la carga debe estar
sujetada, detenida, controlada (alzada, bajada) de un modo perfectamente seguro durante todo el
proceso.
2.2. Equipos de control e instrumentación
Para controlar y ejecutar todas las funciones de cada equipo, se utilizan una serie de
equipos de control e instrumentación que permitieron ejecutar las actualizaciones
planteadas en cada proyecto.
2.2.1. Controlador lógico programable (PLC):
Son dispositivos electrónicos programables utilizados principalmente para la automatización a
nivel industrial, diseñado para prestar la máxima confianza y máximo rendimiento en los
ambientes industriales. Estos dispositivos fueron creados a finales de la década de 1960 cuando
se buscaban nuevas tecnologías electrónicas más eficientes para remplazar los sistemas de control
basados en circuitos con interruptores, relés y contactores. Los PLCs se pueden definir como un
sistema basado en un microprocesador en donde sus partes principales son la Unidad Central de
Proceso (CPU), la Memoria y el sistema de entradas y salidas (E/S). El CPU se encarga de todo
el control interno y externo del PLC, así como de la interpretación de las instrucciones del
programa. En base a las instrucciones almacenadas en la memoria y en los datos que lee de las
entradas, genera las señales de las salidas del PLC.
Los dispositivos PLC para identificar E/S tanto analógicas como digitales en sus módulos,
establecen su operación, basado en estándares utilizados mundialmente en instrumentación y
control. En el caso de las señales digitales de E/S los PLCs la definen con un valor de 24 V DC (1
lógico) o 0 V (0 lógico), tanto para detectar entradas como para generar salidas. Para las señales
analógicas de E/S se usan dos tipos de señales para detectar entradas o generar salidas. El primer
tipo es el estándar (4 mA- 20 mA) ó (0 mA-20 mA) en los cuales 0 mA ó 4 mA representan el
0% de la señal y 20 mA representa el 100 % de señal. Se utiliza intensidad de corriente en vez de
voltaje para aplicaciones que requieran ser menos sensible al ruido. El uso de 4 mA como valor
mínimo permite distinguir entre una señal que está al 0 % y un cable roto o instrumento dañado.
El segundo tipo es el estándar de voltaje (0 V - +10 V) y/o (-10 V - +10 V), los cuales generan o
27
detectan señales de voltaje en el PLC para controlar los dispositivos analógicos o adquirir las
señales de equipos de instrumentación analógicos, donde 0 V ó -10V representan el 0% de la
señal y +10 V representa el 100% de la señal.
2.2.1.1. Comunicación
En particular el S7-300 de Siemens viene dotado con 3 interfaces para trabajar en equipo o
red, ellos son: [4]:
-M.P.I. (Interface Multi Punto)
-P.P.I. (Interface Punto por Punto)
-Profibus-DP
Existen además a nivel industrial otras redes tales como la Profibus-FMS, Industrial Ethernet,
etc.
Interface punto por punto (P.P.I)
Esta interface permite la comunicación de nuestro dispositivo con otros tales como módems,
scanner, impresoras, etc., situados a una cierta distancia del PLC. En la parte frontal del módulo
de la CPU posee fichas DB 9 o DB 25 para la comunicación serial vía RS 232 y RS 485.
La conexión Punto a Punto puede ser establecida económicamente y convenientemente por
medio del procesador de comunicaciones CP 340. Hay varios protocolos disponibles por debajo
de las tres interfaces de conexión:
20 mA (TTY)
RS 232 C/V.24
RS 422 / RS485
Los siguientes dispositivos pueden ser conectados:
Controladores programables SIMATIC S7 y SIMATIC S5
Impresoras
Robots controladores
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Módems
Scanners, lectores de códigos de barras, etc.
Interface Multipunto (M.P.I.)
Todas las CPU s (312, 313, 314, 315 y 315 -2DP) lo incorporan desde fábrica. Con éste
puerto se puede comunicar fácilmente a distancias reducidas sin requerir módulos adicionales,
por ejemplo hacia equipos de M+V (manejo + visualización), unidades de programación y otros
autómatas S7-300 o S7- 400 para probar programas o consultar valores de estado.
Se pueden enviar datos a 4 distintos aparatos al mismo tiempo y utilizando siempre el mismo
puerto a una velocidad de 187,5 Kbits / seg o 187,5 Kbaudios. Para pequeñas redes de
comunicación o pequeños volúmenes de datos la CPU ofrece el servicio de Datos Globales, que
permite intercambiar cíclicamente cantidades de datos en paquetes de hasta 22 bytes como
máximo.
Distancia máxima entre dos estaciones o nudos de red de MPI adyacentes: 50 metros (sin
repetidores); 1100 metros (con dos repetidores); 9100 metros (con más de 10 repetidores en
serie); por encima de los 500 Km. (cable de fibra óptica, con módulos de conexión ópticas)
Capacidad de expansión: los componentes comprobadores de campo son usados para
configurar la comunicación de interface multipunto: cables LAN, conectores LAN y repetidores
RS485, desde el PROFIBUS y la línea de productos de entradas/salidas distribuidas.
Profibus DP
Esta interface de comunicación es usada para gran capacidad de transmisión de datos, llamada
Simatic Net o Sinec L2 de Siemens. El S7 300 mantiene una relación muy estrecha con él. Un
módulo de comunicación permite conectarlo al Sinec L2 para comunicarse con otros autómatas
Simatic y dispositivos de campo. El CPU 315 – 2DP ya lo trae integrada. De éste modo, el
autómata se adapta armoniosamente en arquitecturas descentralizadas que integran componentes
de automatización y dispositivos de campo. El PLC puede desenvolverse aquí como maestro –
esclavo, además también se dispone de los prácticos servicios de comunicación llamados Datos
Globales. Para entablar comunicación se utilizan cables LAN, conectores LAN, repetidores, etc.
Se puede decir entonces que es una red suplementaria que ofrece un gran rendimiento,
29
arquitectura abierta o descentralizada y gran robustez o confiabilidad. Existe además la gran
ventaja del Manejo + Visualización (paneles de operador, llamados Coros) que permite tanto en
ésta interface como en las otras de la búsqueda de errores a partir de cualquier dispositivo y así
por ejemplo generar una base de datos con los errores (hora y tipo) que puedan existir.
Los siguientes dispositivos pueden ser conectados como maestros:
o SIMATIC S7-300 (vía CPU 315-2DP o CP 342-5DP)
o SIMATIC S7-400 (vía CPU 41-2)
o SIMATIC S5-115U-H, S5-135U, S5-155UH, S5 95U con interface de
PROFIBUS, SIMATIC TI505
o Dispositivos programables y Pc’s con STEP7 (solo con CPU 41-2 y CPU 315-2)
o Paneles del operador (OP).
2.2.2. Panel TP177B
El TP 177B se caracteriza por un display TFT de 4,3" en formato widescreen o pantalla
ancha. Así, el panel del operador dispone de aproximadamente una superficie un 25 % mayor que
los displays comparables en formato 4:3. Además, el panel de operador dispone de cuatro teclas
de función con feedback táctil. Se caracterizan por su breve tiempo de puesta en marcha, el gran
tamaño de su memoria de trabajo y su elevado rendimiento, habiéndose optimizado para
proyectos basados en WinCC Flexible [7]. A continuación en la figura 2.1 y 2.2 se puede
observar el panel mencionado, instalado en los proyectos de automatización, con una descripción
de su estructura:
Figura 2.1 Panel TP177B Vista frontal y lateral
30
Figura 2.2 Panel TP177B- Vista posterior
También es relevante el tema de la comunicación del panel, en la tabla siguiente se muestran
los controladores Siemens utilizables, así como los correspondientes protocolos y perfiles:
Tabla 2.1 Tabla de protocolos de comunicación de los paneles TP177B y OP177B
31
2.2.3. Sensores:
Dispositivos diseñados para detectar magnitudes físicas o químicas, para transformarlas en
magnitudes eléctricas, es decir son elementos que tienen la capacidad de medir alguna señal que
pueda ser interpretada correctamente por otro dispositivo. Los sensores son tan diversos como los
principios físicos en los que se basan. En la actualidad para medir cualquier variable física
tenemos diversos tipos de sensores.
Tipos de sensores
Los sensores son tan diversos como los principios físicos en los que se basan. En la actualidad
para medir cualquier variable física tenemos diversos tipos de sensores [5].
2.2.3.1. Sensores de proximidad
Estos sensores pueden estar basados en algo simple como en la operación mecánica de un
actuador o, tan complejo como en la operación de un sensor de proximidad fotoeléctrico con
discriminación de color
2.2.3.2. Sensores inductivos
Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser
aproximado un objeto metálico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito
electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que esté conectado al mismo, de
forma digital (ON-OFF) o, analógicamente. Si el objeto metálico se aparta de la bobina, la
oscilación vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original.
Son utilizados en los proyectos de automatización realizados, actuando en presencia de alguna
estructura de tipo metálica, para indicar al PLC la señal correspondiente. En su totalidad
trabajaban con 24 Vdc.
2.2.3.3. Sensores capacitivos
El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta
frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de
inactividad hay un campo ruidoso en la región de base, que representa el área activa del sensor de
32
proximidad. Cuando un objeto aparece dentro del área activa, empiezan las oscilaciones. La etapa
de conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal continua resultante se
aplica a la etapa de salida. La etapa de conmutación incluye un sistema de señal de
retroalimentación, el nivel del cual puede ajustarse en algunos modelos, a través de un
potenciómetro; esto capacita el sensor de proximidad de variar su sensibilidad de respuesta.
Poseen una distancia máxima de accionamiento, que depende en gran medida del área de la
cabeza sensora (bobina o electrodo), por ello a mayor diámetro, mayor distancia máxima.
Además de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe también en los sensores
capacitivos un tipo con salida analógica (4-20 mA).
2.2.3.4. Sensores fotoeléctricos
Sensores que operan al detectar un cambio en la luz recibida por el fotodetector. Algunos
modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la luz solar incidente o reflejada. Para
ello emplean haces de luz modulada que únicamente pueden ser detectados por receptores
sintonizados a la frecuencia de modulación.
Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección:
a) Sensores de Transmisión Directa: Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al
otro. Tiene este método el más alto rango de detección (hasta unos 60 m).
b) Sensores Réflex o reflectivos: Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya
particularidad es que devuelve la luz en el mismo ángulo que la recibe (9 m de alcance).
c) Sensores Reflex Polarizados: Son prácticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que,
el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que la recibe mediante
un lente con polarización a 90 ° del primero. Con ésto, el control no responde a objetos muy
brillosos que pueden reflejar la señal emitida (5m de alcance).
d) Sensores de Foco Fijo: Cuando la luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado
por el hecho de que el transmisor y el receptor están estereoscópicamente acoplados, evitando
con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance).
e) Sensores de detección difusa: Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se
usan para detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance).
f) Sensores de Fibra Óptica: En este tipo, el emisor y receptor están instalados en una caja que
puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la detección emplean los cables de fibra
33
óptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja de estos sensores
es el pequeño volumen o espacio ocupado en el área de detección.
2.2.3.5. Sensores magnéticos
Los sensores magnéticos utilizados se emplean como indicador de posición colocados en el
lugar donde se quiere detectar el pistón para que el PLC reciba la información correspondiente.
Existen dos tipos de sensores:
Los sensores de tipo "reed" tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo
que sirven de indicador de posición a PLCs y, además, por emplearse como indicador de posición
de los cilindros neumáticos de émbolo magnético de las marcas que tienen mayor difusión.
Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero
en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.
Los transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posición, usando
la inductancia mutua entre dos embobinados. Un núcleo magnético móvil acopla el voltaje de
excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del
secundario varía de acuerdo con la posición del núcleo.
Cuando el núcleo está en medio de los embobinados, los voltajes de ambos están 180 grados
desfasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el núcleo se
mueve hacia la escala positiva, la señal en fase con la onda de entrada crece y viceversa cuando el
núcleo se mueve hacia la escala negativa.
2.2.3.6. Encoder o Transmisor rotatorio de pulsos
Un tipo especial de sensor de proximidad es el "encoder" o codificador, ya que con él se puede
obtener la distancia exacta de proximidad.
Para la medición angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La transformación
de la codificación mecánica en una señal eléctrica proporcional se consigue por la posición del
disco utilizando sensores electromagnéticos, inductivos o acopladores ópticos. En el caso de
posicionado inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie. Con
este método, el transductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo consumo eléctrico varía de
acuerdo con el grado de interferencia de su campo magnético. Esta señal es empleada a
continuación por el equipo de control.
34
El posicionamiento óptico de un disco segmentado es el método más usual, donde la
codificación consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira, el recorrido de la
luz al sensor óptico se abre y se bloquea alternativamente, produciendo así una salida digital en
proporción con el movimiento y la posición.
2.2.3.6.1. Tipos de Encoders:
Encoders Incrementales
Los "encoders" incrementales suministran un número específico de impulsos por cada
revolución completa del eje. Esta cuenta de impulsos está determinada por el número de
divisiones o segmentos del disco de codificación. Ej. El disco de codificación consta de 360
segmentos, por lo tanto por revolución del eje, se obtendrán 360 impulsos. Es decir, un impulso
por grado angular.
Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo: canal simple, doble y triple.
El tipo de canal simple (Señal A) es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni
se tienen vibraciones. En el caso contrario, son mejores los de doble canal (Señales A y B),
también llamados de señales en cuadratura porque una señal está desfasada en 90 grados de la
otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. El tercer canal (Señal Z) es una señal de
posición que aparece una vez por revolución, y es empleado para regresar a ceros contadores en
sistemas controlados digitalmente (CNC, PLCs, etc.).Los problemas más frecuentes con los
codificadores son causados por un pobre blindaje del conductor o, por la distancia tan larga y la
frecuencia tan alta con la que trabaja el aparato. Un buen cable aterrizado únicamente en el
contador y, un codificador de señales complementarias (A, noA, B, noB y Z) resuelven en su
mayor parte estos problemas.
"Encoders" Absolutos
A diferencia de los "encoders" incrementales, los del tipo absoluto proporcionan una
combinación única de señales para cada posición física. Esto resulta una ventaja importante, ya
que no es necesario un contador para la determinación de la posición.
La combinación de señales se establece mediante un patrón de código de sectores
transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. El número de pistas de código
disponibles determina la resolución máxima del codificador en la totalidad de los 360 grados. En
35
el caso de las pistas codificadas en binario, la resolución máxima es de 2^n siendo "n" el número
de pistas. Por consiguiente, para 10 pistas, la resolución es de 2^10 = 1024.
Una característica importante de la lectura de modo paralelo es que la posición real se registra
inmediatamente cuando se conecta inicialmente la alimentación eléctrica, o después de un cambio
de posición sin potencia aplicada o si se excede del número de revoluciones por minuto
permitidas electrónicamente (desventajas del tipo incremental).
El código de Gray es el sistema de codificación más usado. Este método de codificación tiene
la ventaja de producir un cambio de código de un sólo dígito binario en el desplazamiento de una
posición a la siguiente.
Aunque se ha mencionado únicamente el funcionamiento de los "encoders" rotativos, los
lineales trabajan de la misma manera.
2.2.3.7. Sensores de presión
Los sensores de presión sofisticados funcionan a base de celdas de carga y de sus respectivos
amplificadores electrónicos, y se basan en el conocido puente de Wheastone, donde una de sus
piernas está ocupada por el sensor. Este sensor es básicamente una resistencia variable en un
sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de la mencionada
resistencia.
Los sensores comunes de presión son interruptores eléctricos movidos por una membrana o,
un tubo Bourdón. El tubo Bourdón se abre hacia afuera con el aumento de presión y este
movimiento es transmitido a un interruptor, el cual es accionado cuando la posición del tubo
corresponde con un ajuste preseleccionado.
En el caso de los interruptores de presión por diafragma, la fuerza provocada por la presión
sensada actúa sobre un resorte, el cual al ser vencido actúa sobre un micro interruptor. Es obvio
que el resorte determina el rango de presión de operación.
2.2.3.8. Sensores de nivel
Los sensores de nivel en su mayoría trabajan indirectamente sensando la posición de un
flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla ("reed") y un imán
permanente.
36
2.2.3.9. Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura más sencillos son los que actúan sobre un interruptor miniatura y
en general, éstos son de dos tipos: Sistemas de Dilatación de un fluido y Bimetálicos. Los
primeros actúan al dilatarse el líquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos
actúan directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de dos
metales diferentes. En general, se usan para interrumpir hasta corrientes de 30 Amperes en 120
volts.
Otros sensores de temperatura son los termopares, detectores de temperatura por resistencia
(RTD) y, los termistores.
2.2.3.10. Termocupla
Los termopares o termocuplas están hechos de dos alambres de metales diferentes unidos
precisamente en el punto de medición, también conocido como "unión caliente". Un pequeño
voltaje llamado Seebeck, en honor a su descubridor, aparece entre los dos alambres en función de
la temperatura de esa unión y, ese voltaje es la señal que actúa sobre el controlador de
temperatura.
Los termopares son en general de los sensores los más baratos y los más robustos, aunque para
evitar errores de materiales disímiles, los cables de extensión deben ser del mismo material del
termopar.
Existen termopares apropiados para diferentes rangos de temperatura y diferentes ambientes
industriales. Ejemplos:
TIPO ALEACIONES RANGO (°C)
J Hierro/Constantan 0 a 760
K Chromel / Alumel 0 a 1260
E Chromel / Constantan -184 a 871
T Cobre / Constantan -184 a 371
R Platino 13% / Rodio Platino 0 a 1482
37
2.2.3.11. RTD
Los RTDs son principalmente hechos de alambre de platino enrollado en una base cerámica
cubiertos de vidrio o de material cerámico. Además pueden encontrarse como película en un
sustrato.
Con la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido
Puente de Wheastone este cambio puede ser utilizado en un indicador o controlador de
temperatura.
Este tipo de sensor se fabrica también de Níquel en lugar de Platino pero son más usuales los
de este último material, en sus variantes de norma alemana o japonesa.
Es sencilla la conexión de estos elementos y su prueba, ya que a 0° C, la resistencia del RTD
de Platino es de 100 ohms y varía a razón de 0.385 ohms por grado Celsius.
2.2.3.12. Termistores.
Los termistores están fabricados de un material semiconductor que cambia su resistencia
eléctrica abruptamente en un pequeño rango de temperatura, por lo que son empleados en
sistemas de adquisición de datos y en equipos delicados. Ejemplo: Control de Temperatura de
Osciladores Electrónicos.
Su desventaja es que requieren de potencia para funcionar por lo que se calientan, y eso debe
ser compensado en el circuito de medición.
2.2.4. Electroválvulas:
Es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un
conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a
través de una bobina. Dentro de las válvulas de control se podrían distinguir dos tipos en función
del tipo de control [6]:
2.2.4.1. Válvulas ON/OFF: solo actúa en dos posiciones, abierta o cerrada.
2.2.4.2. Válvulas de control: se utiliza para el control continuo de procesos y está
continuamente modulando y buscando la posición de equilibrio requerida por el sistema.
38
2.3. Planos eléctricos
Un plano eléctrico es una representación gráfica de un circuito eléctrico, en donde se indican
los componentes que integran el circuito y se esboza la interconexión entre ellos. Es por esto que
en el proyecto de pasantía se debió realizar los planos eléctricos de los equipos intervenidos
durante los proyectos, en donde en algunos casos se realizaron únicamente modificaciones en los
mismos, y en otros se debieron realizar completamente.
Cabe destacar que la realización de los planos se llevó a cabo en base a las normas IEC-60617,
mediante un software de dibujo “AutoCAD 2012” lo cual permitió unificar todos los planos
eléctricos realizados de manera tal que fueran de fácil estudio para el personal electricista. La
tabla 2.2 muestra los símbolos correspondientes a los elementos más comunes:
Tabla 2.2 Símbolos utilizados bajo la norma IEC-60167
39
Tabla 2.3 (Continuación)
40
CAPÍTULO 3
PROYECTO 1: MÁQUINA MEZCLADORA DE BEBIDAS
CARBONATADAS DE LÍNEA 4
El primer proyecto de automatización se ejecutó en la maquina mezcladora de bebidas
carbonatadas, conocido como “Carbo-Cooler”, la cual se puede observar en la figura 3.1. A
continuación se presenta una descripción de los equipos que integran la línea de producción 4,
para luego presentar el equipo directamente involucrado en las mejoras de automatización. Se
presenta además una descripción de la problemática existente, los acciones ejecutadas durante en
la planificación y puesta en marcha de la solución y por último los resultados del proyecto de
automatización.
Figura 3.1 Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas
41
3.1. Descripción de los equipos de la línea de producción
En la figura 3.2 se puede observar un diagrama que ilustra el proceso de producción de línea
4, con la disposición de los equipos que describiremos a continuación:
Figura 3.2 Diagrama del proceso de producción de línea 4
3.1.1. Despaletizador:
Es el equipo encargado de incorporar las botellas a la línea de producción. Está compuesto por
3 transportes que trasladan la paleta colocada por el montacargas. Los transportes van avanzando
hasta llegar a un sistema elevador ubicado en el tercer transporte que permite que se vayan
barriendo una a una las camadas de botellas para incorporarlas a la línea de producción. El
barrido lo realiza un brazo mecánico que se desplaza hacia adelante. Una vez realizado el vaciado
completo de la paleta, la misma desciende para trasladarse mediante otro sistema que acumula
las paletas vacías.
3.1.2. Posicionadora de botellas
La posicionadora cumple la función de tomar las botellas que vienen del despaletizador y
ubicarlas para que puedan ser enviadas una a una hacia las vías aéreas de botellas, es decir es el
equipo que se encarga de tomar todas las botellas totalmente desordenadas y acumuladas todas en
conjunto, para enfilarlas de forma ordenada.
42
3.1.3. Vías aéreas de botellas
Es el equipo encargado de trasladar las botellas desde la posicionadora hacia la llenadora.
Como su nombre lo indica es un transporte aéreo que por medio de unas barandas que se adaptan
según el formato o presentación a ser utilizado, sostienen la botella la cual es impulsada por
medio de unas turbinas o sopladores de aire a muy alta velocidad.
3.1.4. Transporte de botellas vacías
Es utilizado cuando la presentación elegida es la de agua gasificada, la cual tiene la
particularidad que a diferencia de las demás presentaciones está hecha de vidrio. Su traslado es
más delicado por lo cual las botellas son trasladadas por medio de bandas, diseñadas para trabajar
con las velocidades adecuadas para evitar caídas o rompimientos.
3.1.5. Llenadora
A pesar de recibir el nombre de llenadora, este equipo realiza 2 funciones adicionales: se
encarga de recibir las botellas ya sea de las vías aéreas o de los transportes para realizar un
proceso de enjuagado que permita lavar internamente la botella volteando la botella 90 grados y
disparando una cantidad de agua a gran presión dentro de cada una. Una vez realizado esto la
botella retoma su posición original y es enviada a la llenadora que es donde la botella se carga de
agua para posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica coloca las tapas en las
botellas.
3.1.6. Transporte de botellas llenas
Se encargan de trasladar las botellas envasadas desde la llenadora hacia la empaquetadora, en
donde además son codificadas. El traslado se realiza por medio de cintas transportadoras con las
mismas características que las utilizadas para el traslado de botellas vacías mencionado
anteriormente.
3.1.7. Empaquetadora
Equipo encargado de agrupar las botellas en paquetes que provienen de los transportes,
envolviendo los grupos de botellas por un plástico termoencogible y cortado a la medida
seleccionada, para posteriormente enviar los paquetes por medio de cintas transportadoras a la
mesa de paletizado.
43
3.1.8. Mesa de Paletizado
La mesa de paletizado de línea 4 tiene la característica de ser semiautomática. Un operador es
el encargado de ubicar en la paleta cada paquete que sale del transportador, contando con un
sistema elevador que le permite subir o bajar la paleta para colocar la paleta de forma ordenada y
que no genere molestias desde el punto de vista ergonómico para el operador. Una vez terminada
la paleta, el montacargas se encarga de trasladar la paleta hacia el depósito para que pueda ser
llevada por los camiones de distribución.
3.2. Descripción del proceso
El proceso de envasado se inicia cuando llegan las botellas vacías al almacén, dispuestas sobre
una paleta de madera que permite el fácil traslado por medio de montacargas.
La paleta compuesta por varias camadas de botellas vacías se coloca en el despaletizador el
cual las incorpora a la línea de producción. La línea presenta la versatilidad para enviar las
botellas del despaletizador hacia la posicionadora o por el contrario directamente mediante un
transporte de botellas hacia la llenadora.
La línea 4 de la planta Minalba de San Pedro de los altos está en capacidad de envasar la
presentación de agua de 600ml, la presentación de agua saborizada “Flavor” en sus 3 sabores y
además la presentación “Minalba Sparkling” o agua gasificada. La multifuncionalidad de la línea
se debe a que en base a la presentación, el despaletizador tiene como salida de botellas 2 tramos
distintos hasta llegar a la llenadora.
En caso de que la presentación utilizada sea Minalba 600 ml o Minalba Flavor, las botellas
que salen del despaletizador son enviadas a la posicionadora de botellas, la cual se encarga que
posteriormente las manda por los sopladores (Turbinas de las vías aéreas) hacia la llenadora. Para
el caso de “Minalba Sparkling” la salida del despaletizador se conecta con los transportadores de
botellas, debido a que dicha presentación es colocada en envases de vidrio y por lo tanto su
traslado es más delicado.
Una vez en la llenadora el proceso coincide para todas las presentaciones: las botellas llenas
son enviadas y codificadas por medio de los transportes donde posteriormente son empaquetados
en grupos de 24 botellas para luego ser enviados a la mesa de paletizado donde culmina el
proceso.
44
Para la presentación de agua ligeramente gasificada “Minalba Sparkling” el proceso de
carbonatación del agua es realizado por un mezclador de bebidas carbonatadas y es precisamente
en este equipo donde se realizó el primer proyecto de automatización.
3.3. Descripción del equipo:
El equipo está compuesto por 2 tanques principales: Saturador y Desaireador, además presenta
2 tanques de menor tamaño conocidos como Vaso de agua y Vaso de jarabe. Además posee 2
bombas: la bomba de agua y la bomba de mezcla. Por último el sistema posee una serie de
electroválvulas digitales que se utilizan para controlar los procesos de producción del equipo. En
la figura 3.3 se puede observar la disposición de cada uno de los elementos mencionados.
Figura 3.3 Diagrama de vista frontal Carbo-Cooler
A continuación se describe la función de cada uno de los tanques principales señalados en la
figura 3.3:
1) Vaso de agua (figura 3.4) : El vaso de agua recibe el agua enviada desde el desaireador, para
realizar una hipotética mezcla con el vaso de jarabe, sin embargo para el caso de la presentación
¨Minalba Sparkling¨ únicamente se utiliza agua, por lo tanto el agua es enviada hacia el saturador.
45
Figura 3.4 Proporcionador de agua
2) Vaso de jarabe (figura 3.5). El vaso de jarabe es el encargado de almacenar el concentrado
que va a dar el sabor a la bebida carbonatada, sin embargo para el caso de la presentación
¨Minalba Sparkling¨ únicamente se llena con agua.
Figura 3.5 Proporcionador de jarabe
3- Desaireador(figura 3.6): Tanque que almacena toda el agua que entra al equipo, que viene
directamente de la tubería de agua de manantial, posee un indicador de mínimo nivel a través de
una sonda eléctrica, además un sistema de control manual que permite descargar el tanque
cuando sobrepasa un determinado nivel
46
Figura 3.6 Tanque Desaireador
4) Saturador (figura 3.7): Es el tanque donde se realiza la mezcla entre el CO2 y el agua, posee
sondas de nivel mínimo y máximo, una válvula de inyección de CO2, una válvula de descarga de
sobre presión y una válvula de drenaje.
Figura 3.7 Tanque Saturador
5) Tablero de control para procedimiento “Clean in Place” (CIP) (figura 3.8): En la zona indicada
se encontraba el tablero de control para realizar el procedimiento de limpieza del equipo, donde a
pesar de poder observar el tiempo y válvulas involucradas en cada paso, tenía la desventaja de
que en caso de algún inconveniente, el proceso únicamente podía ser iniciado desde el primer
47
paso; generando enormes inconvenientes traducidos en pérdidas de tiempo durante la ejecución
del CIP.
Figura 3.8 Tablero de control anterior para procedimiento CIP
A continuación se presenta una vista superior de los elementos antes mencionados en la figura
3.9, donde el tanque de mayor magnitud es el saturador, y en el otro plano se observa el
desaireador junto a los vasos de agua y de mezcla. También se pueden observar las bombas antes
mencionadas la bomba de agua y la de mezcla.
Figura 3.9 Diagrama vista superior Carbo-Cooler
Entonces el sistema consta de dos bombas que se encargan de suministrar la presión necesaria
para realizar la distribución del agua por todo el equipo, las cuales se describen individualmente a
continuación y se pueden observar en la figura 3.10.
6) Bomba de agua: La bomba de agua se encarga de suministrar la presión necesaria para enviar
48
el líquido desde el desaireador hacia los vasos
7) Bomba de mezcla: La bomba de mezcla se encarga de enviar el agua hacia el saturador.
Figura 3.10 Bomba de agua y Bomba de mezcla del Carbo-Cooler
En base a los componentes principales del equipo explicados anteriormente se puede describir
el proceso de la siguiente manera:
El Desaireador almacena toda el agua que entra al equipo, que viene directamente de la
tubería de agua de manantial. Posee un indicador de mínimo nivel a través de una sonda eléctrica,
además un sistema de control manual que permite descargar el tanque cuando sobrepasa un
determinado nivel. También posee una electroválvula que permite descargar todo el contenido del
tanque en caso de así requerirlo. La salida del mismo es enviada al vaso de agua, con la presión
entregada por la bomba de agua antes mencionada.
El vaso de agua y en vaso de jarabe son los encargados de realizar la mezcla que permita
añadirle el sabor requerido para una bebida carbonatada determinada. Sin embargo en vista que la
Planta San Pedro de los Altos no es productora de refrescos el equipo está programado
únicamente para realizar agua gasificada. Los vasos también poseen una electroválvula que
permite drenarlos en caso de ser necesario, y poseen sondas indicadoras de nivel mínimo y
máximo cada uno. La salida de los vasos es enviada a un intercambiador de calor que permite
bajar la temperatura del agua para que posteriormente pueda ser enviada a través de la bomba de
49
mezcla hacia el saturador, que es donde se realiza la inyección de CO2 que permite la
carbonatación del agua.
El saturador es por tanto el tanque donde se realiza la mezcla entre el CO2 y el agua, posee
sondas de nivel mínimo y máximo, una válvula de inyección de CO2, una válvula de descarga de
sobre presión y una válvula de drenaje.
El Carbo-Cooler posee dos procesos fundamentales: el primero es el proceso de producción,
el cual es el encargado de realizar la carbonatación del agua en la forma como se mencionó
anteriormente, el segundo es el procedimiento de limpieza o proceso CIP, que es el encargado de
realizar la limpieza del equipo y representa el proceso más complejo debido a que involucra la
acción conjunta de todas las electroválvulas del equipo, con un total de 57 pasos con un tiempo
aproximado total de 2 horas 30 minutos.
3.4. Descripción del problema
La máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de línea 4 es la encargada de producir la
bebida comercial “Minalba Sparkling”, la cual es una bebida realizada con agua mineral
ligeramente gasificada 100% pura de manantial, por lo tanto la máquina en cuestión es la
encargada de realizar el proceso de inyección del gas que permite la ligera carbonatación presente
en dicha bebida. La máquina mezcladora de bebidas carbonatadas mejor conocida como Carbo-
Cooler es un equipo realizado por la empresa Sasib Beverage S.p.a en Parma Italia con el
nombre de Predosix+CIP.
Originalmente el equipo es capaz de producir cualquier tipo de bebida carbonatada sin
embargo actualmente en la Planta San Pedro de los Altos únicamente se encarga de realizar la
presentación de agua gasificada. El origen del equipo data del año 1997 y es comprensible que
por tanto su sistema de control sea bastante obsoleto y además de operación bastante compleja.
El tablero eléctrico consistía en una combinación de materiales sumamente complicada de
analizar debido a su gran cantidad de componentes que dificultaban enormemente la detección de
fallas por parte del cuerpo de electricistas de la planta. En vista de los avances en materia de
tecnología y automatización industrial, el control del equipo se encontraba completamente
obsoleto y se planteó la necesidad de reestructurar todo el control mediante la instalación de un
PLC Siemens S7 y un panel Siemens TP177B. Además se propuso remplazar todos los
elementos eléctricos del tablero, planteando un diseño acorde con las bondades del nuevo PLC
50
instalado.
Estudiando el esquema eléctrico anterior del equipo se puede entender la necesidad de la
migración del panel de control, de forma tal de incrementar la vida útil del equipo y además
simplificar su diseño de control. En la figura 3.11 se puede observar el tablero de control
existente, donde se tienen un total de 209 elementos eléctricos contabilizados por la lista de
materiales presentados en el esquema eléctrico anterior, lo cual indica claramente la necesidad
de actualización que poseía el equipo.
Figura 3.11 Tablero eléctrico anterior del Carbo-Cooler
Por otra parte, la operación del equipo también presentaba dificultades debido a su alto
grado de complejidad. Por tanto también debía ser mejorada en procura de facilitar el trabajo del
personal operador del equipo. En la figura 3.8 se observa el tablero de control del operador para
el procedimiento CIP. El operador debía seleccionar el programa correspondiente al
procedimiento de limpieza y seleccionaba la opción “START”. Entonces se iniciaban los pasos
de limpieza y se comprobaban las electroválvulas activadas mediante LEDs dispuestos en dicho
tablero que identificaban cada electroválvula por medio de una nomenclatura numérica.
51
Al arrancar el procedimiento se podía observar en el tablero las electroválvulas involucradas
en cada uno de los pasos, sin embargo el proceso presentaba una deficiencia bastante importante
debido a que no podía ser iniciado desde un paso específico por lo tanto en los pasos en donde no
se cumplieron las condiciones debidas se debía reiniciar el proceso desde el paso 1, ocasionando
retrasos y representando además una labor sumamente engorrosa para el personal operador.
El equipo también poseía un tablero bastante obsoleto que permitía manipular la activación y
desactivación de los elementos del Carbo-Cooler por medio de selectores y pulsadores, además
de indicadores de visualización de niveles de los tanques, temperatura y presión. Los niveles de
los tanques se indicaban por medio de unos bombillos, que encendían en el momento en que el
tanque detectara nivel, los cuales eran ineficientes, debido a que en muchos casos los mismos se
dañaban o se quemaban y no se podía conocer los niveles de los tanques, además de estar
constantemente cambiando o revisando el correcto funcionamiento de cada bombillo. A
continuación en la figura 3.12 se puede observar el tablero antes mencionado:
Figura 3.12 Tablero de control anterior Carbo-Cooler
52
La operación del equipo requería de un alto nivel de entrenamiento por parte del personal
operador, lo cual retrasaba en varias oportunidades la producción del mismo debido a que el
personal con mayor experiencia se reducía a pocos operadores. Por lo tanto se debía buscar la
forma de simplificar la operación, además de instruir al personal de la planta para que se
familiarizaran con el equipo, sin que esto representara una labor tediosa que tenían como
referencia del control anterior del equipo.
3.5. Planteamiento del proyecto
El objetivo principal consiste en actualizar el sistema de control para facilitar la operación y
detección de fallas. Se debe considerar para la realización del proyecto, tanto el procedimiento de
limpieza como el de producción.
Ciclo de trabajo CIP
El procedimiento de limpieza CIP incluye un total de 57 pasos que incluyen la circulación de
dos químicos que permiten sanear completamente el equipo. Cada uno de estos pasos involucra la
activación de electroválvulas que permitieran realizar el procedimiento adecuadamente. En la
figura 3.13 se presenta un diagrama que ilustra la disposición los elementos involucrados en el
procedimiento CIP.
Figura 3.13 Diagrama Predosix Carbo-cooler procedimiento CIP
53
A pesar de ser un total de 57 pasos muchos de ellos se repiten en varias ocasiones a lo largo de
la limpieza. Se elaboró una lista que contiene toda la información relevante, es decir las
electroválvulas involucradas, el tiempo que dura el paso y una breve descripción de la función del
mismo. Esta información se debió validar para que en el momento de realizar la migración del
control se pudiera contar con información confiable para programar el procedimiento de manera
documentada. Por lo tanto se midió el tiempo de cada paso y se obtuvo la tabla 3.1 presentada a
continuación:
Tabla 3.1 Procedimiento CIP de línea 4
54
Se incluyen en esta tabla el número del paso, las válvulas que se activan en el mismo, la
duración en segundos y la descripción del paso, sirviendo de ayuda visual que permitiera
comprobar el correcto funcionamiento del CIP para el caso de los operadores, y además detectar
de forma más eficiente y rápida cualquier inconveniente con la ejecución de un paso. Esta
información fue utilizada para realizar la programación secuencial de los pasos en el nuevo
sistema de control.
En términos generales el procedimiento de limpieza CIP se puede describir mediante las
siguientes funciones generales involucradas:
Enjuague inicial: En principio se realiza un enjuague del equipo con agua, la cual entra hacia
el desaireador y es enviada por todo el equipo, mediante la activación de las bombas. El tiempo
aproximado del enjuague inicial es de 4 minutos.
Contacto con primer químico: Una vez realizado el enjuague inicial se realiza la aspiración
del primer químico, que una vez que se encuentra dentro del equipo es circulado por el mismo
incluyendo por la llenadora, de forma tal que el químico esté en contacto con todos los elementos
del equipo durante el tiempo estipulado por normas sanitarias. Una vez que el químico circuló
durante 30 minutos es drenado por la llenadora.
Enjuagar el equipo: Posterior al contacto del equipo con el primer químico, se realiza el
mismo procedimiento de enjuague realizado al inicio del proceso de limpieza, sin embargo el
mismo ciclo se repite en 6 ocasiones para un tiempo aproximado total de 25 minutos en donde se
enjuaga y se drena constantemente el equipo para remover completamente el químico utilizado.
Contacto de segundo químico: Posterior al ciclo de enjuague y drenaje del equipo para
remover el primer químico se procede a la aspiración del segundo químico, para posteriormente
circularlo durante 30 minutos y por último drenarlo a través de la llenadora.
Enjuague final: Para remover completamente el químico se realiza un enjuague del equipo
con agua, similar a los realizados anteriormente, entrando agua al equipo y drenándola
constantemente para sanear completamente cada elemento.
Al realizar todo el levantamiento de la información del procedimiento CIP se elaboró una
presentación que permite visualizar la activación de las válvulas en cada uno de los pasos (Anexo
A) de forma tal que permitiera asimilar de mejor manera el objetivo de cada paso dentro del
55
procedimiento. En la figura 3.14 se puede observar como entra agua al desaireador por medio de
la apertura de la válvula 10, y a su vez con la apertura de la válvula 15 se drena el agua
proveniente de la llenadora.
Figura 3.14 Anexo A-Paso 3 Llenar desaireador, Drenar llenadora
En la figura 3.15 se puede observar el enjuague inicial del equipo donde entra agua al equipo
por medio de la apertura de la válvula de entrada de agua (10), y a su vez que se envía por el resto
de los tanques por medio de la activación de las bombas de agua y de mezcla también se drenan
todos los elementos con la activación de las válvulas 29, 28, 14 y 15, para que de esa forma se
realice un lavado de todo el equipo con agua.
Figura 3.15 Anexo A-Paso 4 Enjuague del equipo
56
En la figura 3.16 se puede observar como se realiza la aspiración del químico por medio de la
activación de la válvula 11, que por medio de un efecto Venturi, absorbe el primer químico y lo
envía al desaireador.
Figura 3.16 Anexo A-Paso 6 Aspiración del primer químico
En el paso 8, observado en la figura 3.17 se realiza la circulación del primer químico por
todos los elementos del equipo, por un tiempo prolongado de hasta 30 minutos que permita que el
químico tenga contacto con todos los elementos del equipo durante el tiempo estimado por las
normas sanitarias.
Figura 3.17 Anexo A-Circulación del primer químico en el equipo
57
A continuación, en la figura 3.18 se puede observar el bloque o banco de electroválvulas que
posee el sistema el cual fue instalado en la mejora, por lo tanto se debió realizar un levantamiento
de cada una de las electroválvulas para que de esa forma, se le pudiera asignar su salida
correspondiente en el PLC, además de establecer una nomenclatura que se aplicará tanto en el
software como en el plano eléctrico.
Figura 3.18 Banco de electroválvulas
La señal eléctrica enviada por medio de una salida del PLC activa la bobina que envía una
señal de aire que realiza la apertura de la válvula, ya que como mencionamos anteriormente las
válvulas son de dos estados únicamente con la excepción de la válvula de inyección de CO2 al
saturador. A continuación se puede observar una de las válvulas ubicadas en el equipo (figura
3.19):
58
Figura 3.19 Válvula del Carbo-cooler
Producción
El proceso de producción es más simple: el agua entra al desaireador y es enviada
posteriormente hacia el vaso de agua, en donde al no tener que realizar ninguna mezcla con un
saborizante es enviada hacia una válvula que se encuentra en el intercambiador de calor que baja
la temperatura de la “mezcla” hasta colocarla en unos 8 grados centígrados aproximadamente
medida por una termo resistencia, la cual permite monitorear la temperatura de retorno hacia el
saturador ( temperatura necesaria para realizar la carbonatación).
Una vez que retorna el agua a baja temperatura al equipo se envía por medio de la bomba de
mezcla hacia el saturador en donde a través de una válvula se realiza la inyección del CO2. La
presión de inyección es regulada buscando mantener constantemente un Set-Point de 1.6 Bar,
manipulando la apertura y cierre de la válvula de inyección de CO2, la cual se puede observar a
continuación en la figura 3.20:
Figura 3.20 Válvula de inyección de Co2
59
3.6. Planos eléctricos
Una vez levantada toda la información del control anterior se procedió a realizar el plano
eléctrico de control y fuerza del nuevo tablero de control. Al equipo contar con la bomba de agua
y la bomba de mezcla se investigaron sus características en cuanto a voltaje de alimentación,
consumo de corriente y frecuencia de operación, de forma tal de solicitar dos guarda motores y
dos contactores que cumplieran con los requerimientos de cada una de ellas.
Además de los componentes como el breaker principal, breakers secundarios, borneras, el
transformador de 480 a 110 Voltios, la fuente DC de 24 V, que convierte el voltaje 110 Vac en
24Vdc, necesario para alimentar el PLC Siemens S7 300, y sus tarjetas de entradas y salidas. A
continuación en la figura 3.21 se presenta el plano eléctrico de la parte de control y fuerza,
además del panel y los relés de nivel indicadores de nivel en los tanques, el cual se puede
observar de forma completa en el anexo B.
Figura 3.21 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler- Tablero de control y fuerza
60
También se incluyó en el plano las entradas y salidas, tanto digitales como analógicas,
levantadas previamente del control anterior:
Entradas digitales Involucran a todas las sondas detectoras de niveles en los tanques del
equipo y los retornos de encendido de las bombas que se conectan al módulo de entradas
digitales alimentada con 24 Vdc y que permiten monitorear el estado de los componentes del
equipo para que de ésa forma se tenga la información requerida para ejecutar correctamente los
procedimientos involucrados con el equipo. Como se puede observar es una sola tarjeta de 16
entradas digitales, es decir 2 bytes o 16 bits, de los cuales se utilizan 11 y el resto se conectaron
como entradas de reserva. El primer byte (Byte 0) de entradas digitales se puede observar en la
figura 3.22
Figura 3.22 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Entradas digitales- Byte 0
A continuación en la figura 3.23 se puede observar el byte 1 de entradas digitales:
61
Figura 3.23 Anexo B- Entradas digitales Carbo-Cooler - Byte 1
Salidas digitales: Las salidas digitales son las utilizadas para la activación de todas las
electroválvulas involucradas para el proceso de limpieza CIP y de producción, además para
activar los contactores que permiten el arranque de la bomba de agua y la bomba de mezcla.
También existe una salida asignada para activar una sirena que funciona cuando se presenta una
alarma, En este caso se colocó una tarjeta de 32 salidas digitales de 24 Vdc, de las cuales se
utilizan 25 y el resto se presentan como reserva. En las figuras 3.24, 3.25, 3.26, 3.27 se puede
observar los bytes de salidas digitales que controla el PLC instalado, en donde de acuerdo con el
símbolo utilizado se describe cual elemento acciona la salida digital correspondiente.
62
Figura 3.24 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 4
En la figura 3.25 se presenta el
Figura 3.25 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 5
63
Figura 3.26 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 6
Figura 3.27 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 7
64
Entradas analógicas: El sistema cuenta con tres entradas analógicas: existe un presostato que
indica la presión existente en el tanque saturador, la cual se utiliza para realizar el control de
presión durante el proceso de producción en busca de mantener una presión constante o Set-Point
en el mismo, mediante la apertura o cierre porcentual de la válvula de inyección de CO2. Esta
entrada es una señal de corriente de 4 a 20 mili amperios. La segunda entrada analógica supervisa
la temperatura de la mezcla, es decir la temperatura del agua que ingresa al saturador previo a
realizar la carbonatación. La medida se realiza mediante un transductor de temperatura o
termocupla que entrega una señal de milivoltaje en función de la temperatura. Por último la
tercera entrada analógica mide la temperatura de retorno de la llenadora, es decir de la bebida una
vez que se realizó la carbonatación. Se realiza mediante una termo-resistencia que entrega una
señal en ohmnios en función de la temperatura.
En la figura 3.28 se puede observar la curva característica de la termo resistencia en donde se
grafica el valor de la resistencia en ohmios en función de la temperatura y se conoce como PT100
debido a que cuando el valor de la resistencia es 100 ohmnios se tiene una temperatura de 0
grados centígrados. La PT100 mide la temperatura de la mezcla que va a ser enviada al saturador.
Figura 3.28 Curva característica de la termo resistencia
65
También existe una termocupla que envía una señal de milivoltios que se traducen en grados
centígrados. Las termocuplas se clasifican según el rango de temperatura que son capaces de
medir, así como se puede observar en la figura 3.29, que para este caso es tipo J.
Figura 3.29 Curva característica de la termocupla
Por lo tanto una vez levantada esta información se procedió a dibujar la conexión de las
entradas analógicas (figura 3.30 y 3.31), en donde se debió configurar la tarjeta por medio de un
selector interno para indicar que la señal recibida es de corriente para el caso del medidor de
presión del saturador, de voltaje para el caso de la termocupla y por último ohmniaje para el caso
de la termo resistencia.
Figura 3.30 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler
66
Figura 3.31 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler
Salidas analógicas (figura 3.32): El sistema presenta una única salida analógica que es la
encargada de regular el porcentaje de inyección de CO2 al saturador en el proceso de producción,
y este control está determinado por la presión en el saturador donde el sistema tiene programado
un Set-Point de presión, el cual es controlado con el porcentaje de inyección del gas al saturador.
Figura 3.32 Anexo B- Salidas Analógicas Carbo-Cooler
67
Además de las entradas y salidas mencionadas se tienen los relés de nivel que permiten indicar
las condiciones de los tanques, y cuya conexión también fue reflejada en el plano y se pueden
observar a continuación en las figuras 3.33, 3.34 y 3.35:
Figura 3.33 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel
68
Figura 3.34 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel
Figura 3.35 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler Relés de nivel
69
3.7. Tablero de control
Una vez realizados los planos eléctricos, se procedió al diseño del nuevo tablero de control,
determinando la ubicación de cada componente dentro del espacio físico del mismo, de forma tal
que el personal electricista tuviera todos los elementos necesarios para realizar las conexiones e
instalación del nuevo tablero. A continuación se presenta el diseño del tablero eléctrico realizado
(figura 3.36). Con la instalación del PLC S7 300, el tablero eléctrico de control se simplificó
enormemente, eliminando el control obsoleto basado en relés, incrementado la vida útil del
equipo. En la figura 3.36 se puede observar la distribución de cada componente dentro del
tablero, además de identificar en la parte inferior las conexiones de las borneras. El mismo puede
servir de ayuda visual al personal electricista en caso que se requiera realizar cualquier
intervención dentro del mismo.
Figura 3.36 Diseño del Tablero de control Carbo-Cooler
70
Al ejecutarse la puesta en marcha del proyecto, los electricistas contaban con el plano eléctrico
y con la distribución de los componentes dentro del tablero de forma tal que se realizaran todas
las conexiones con la identificación correspondiente. El resultado del diseño del tablero fue
sumamente exitoso debido a que se puede observar claramente la simplificación proyectada como
objetivo del proyecto, el cual se puede observar en la figura 3.37.
Figura 3.37 Nuevo tablero de control Carbo-Cooler
Por lo tanto como ya se mencionó la instalación de los componentes y las conexiones se
realizó con la importante ayuda de los planos y diseño del tablero, donde además se realizó
previamente el levantamiento de todos los elementos necesarios para el nuevo diseño del tablero
de control de forma tal que se pudo realizar y ejecutar dentro de los márgenes de tiempo
establecidos, colocando la identificación necesaria a través de anillos marcadores para que se
pudiera establecer una conexión de búsqueda en el plano eléctrico, para ello se ideo un sistema de
4 dígitos en donde los primeros dos dígitos correspondieran al número de página del diagrama
eléctrico mientras que los dos últimos se refieren al número de entrada o salida .
Además se elaboró una ayuda visual que permitiera conocer la descripción de cada uno de los
elementos del equipo, con la intención de entregar otra herramienta informativa acerca del
71
proyecto realizado que permitiera documentar todos los elementos existentes en el tablero de
control, facilitando cualquier intervención por parte del personal, en el supuesto que se presentase
alguna falla y debiera atenderse de forma inmediata. En la figura 3.38 se presentan todos los
componentes que integran el tablero de control con su respectiva identificación y a continuación
en la figura 3.39 se puede observar la distribución de las conexiones en la bornera de forma tal de
identificar rápidamente cualquier elemento solicitado.
Figura 3.38 Identificación de componentes en tablero de control del Carbo-Cooler
72
Figura 3.39 Conexiones en borneras de control de tablero del Carbo-Cooler
También se presentan los elementos de control y fuerza en la figura 3.40, referentes a las
bombas de agua y mezcla existentes en el equipo.
Figura 3.40 Elementos de fuerza en tablero de control Carbo-cooler
En la figura 3.41 se presentan los relés de nivel correspondientes a las sondas que detectan los
niveles en los tanques, con la respectiva descripción para diferenciarlos cada uno de ellos:
73
Figura 3.41 Relés de nivel correspondientes a las sondas de los tanques del Carbo-
Cooler
Además del PLC S7 instalado, se realizó la instalación del panel TP177B en la misma
compuerta que permite acceder al tablero eléctrico, de forma tal que los operadores del equipo
pudieran ejecutar todas las funciones necesarias por este dispositivo, atendiendo siempre a sus
solicitudes y recomendaciones de forma tal de no generar descontento con el cambio realizado.
En la figura 3.42 se puede observar el panel instalado
Figura 3.42 Panel Siemens TP177B Carbo-Cooler
74
El panel instalado permite la operación simplificada. Todas las funciones se programaron por
medio de una interfaz del Simatic Step 7 conocida como WinCC la cual permite manipular el
estado de las variables por medio del panel TP177B, asignando una figura a un espacio de la
pantalla que activara una función, marca o variable del software.
3.8. Resultados:
Una vez instalado el bloque de electroválvulas se comprobó la activación por medio del
software de cada una de las válvulas, comprobando el planteamiento inicial según el diagrama
eléctrico, por tanto se iniciaron las pruebas de funcionamiento y surgieron ciertos detalles que
retrasaron la puesta en marcha del equipo, lo cual es común en proyectos de esta envergadura.
En principio se presentó un problema con el arranque de la bomba de agua debido a que su
condición de encendido dependía de que el indicador de nivel máximo del vaso de agua no
detectara nivel, entonces la dificultad venia dada en el momento en que el relé indicador de nivel
máximo se accionaba se encendía la bomba automáticamente y al tener dentro de las condiciones
del equipo bastante turbulencia de agua. En muchos casos el indicador de nivel encendía y
apagaba en repetidas oportunidades durante un tiempo muy corto, lo cual provocaba un arranque
y parada de la bomba que podría ser sumamente perjudicial para la misma.
Por lo tanto se buscó en el software la condición de encendido y se le agregó un temporizado
al indicador de nivel del vaso de agua de forma tal que para arrancar la bomba el mismo debía
estar apagado durante un tiempo prudencial para que de esa forma se eliminara la variable de
turbulencia dentro del vaso de agua.
Una vez solventado el problema se presentaron algunos otros detalles que se resolvieron en
forma oportuna, como por ejemplo se debió reemplazar la PT100 debido a que en el
procedimiento de producción, constantemente se activaba la alarma de que no bajaba la
temperatura, y en principio se pensó que la válvula que permite el paso del agua al
intercambiador de calor no estaba accionando. Sin embargo se comprobó mediante una medición
del ohmiaje de la PT100 que la misma no estaba cambiando en función de la temperatura por lo
tanto se optó por sustituirla. Otro problema presentado fue que la bebida no estaba presentando
carbonatación alguna, es por esto que se revisó el funcionamiento de la válvula de inyección de
CO2 el cual no presentó problema. Por el contrario se detectó que el problema venía dado por un
regulador que controla los niveles de CO2 que no estaba considerado el cual estaba en su nivel
más bajo por lo tanto se estaba inyectando solo aire al saturador.
75
Se puede establecer que el arranque fue un poco forzado por detalles como los mencionados
anteriormente sin embargo la mejora fue vista con buenos ojos por todo el personal de la planta,
específicamente por el personal operador del equipo que reconoció la notable simplificación de la
operación y a pesar de presentarse las fallas mencionadas anteriormente, en todo momento se
mostró paciente y colaborador.
Los resultados del proyecto no pueden establecerse en cuanto a cifras de productividad debido
en gran parte a que la utilización del equipo al ser únicamente diseñado para la presentación de
“Minalba Sparkling” se ejecuta muy esporádicamente, por lo tanto no puede ser comparado el
control en cuanto a términos de productividad del antes y el después. Sin embargo en cuanto a
tiempo de realización del procedimiento del CIP, es notable la mejora y nada mejor que el
testimonio positivo expresado por los operadores en la realización de los adiestramientos para
comprobar el completo éxito de la realización del proyecto.
3.9. Referencia al manual de operación del equipo
Para finalizar este capítulo es necesario mencionar que al cambiar el procedimiento de
operación, nos encontramos con otro de los objetivos del proyecto, el de estandarizar un manual
de operación que permitiera a los operadores instruirse en el nuevo control y además permitiera
realizar los adiestramientos respectivos. Por lo tanto se elaboró un nuevo manual de operación
(Anexo C), cuyas principales figuras se presentan a continuación (figuras 3.43 – 3.47).
Figura 3.43 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de parada
76
Figura 3.44 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de arranque
Figura 3.45 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Identificación de los
componentes del sistema
77
Figura 3.46 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del
procedimiento de producción
Figura 3.47 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del
procedimiento CIP
78
CAPÍTULO 4
PROYECTO LÍNEA 2: PALETIZADOR Y TRANSPORTES
DE BOTELLAS Y PAQUETES
En la línea de producción número 2 de la planta Minalba de San Pedro de los Altos se
plantearon mejoras que involucraban varios equipos de la misma línea, los cuales se describen a
continuación:
4.1. Descripción de los equipos que conforman la línea de producción 2
En la figura 4.1 se puede observar la disposición de los equipos de línea 2, en donde se
detallan los equipos involucrados en los proyectos de automatización.
Figura 4.1 Diagrama del proceso de producción de línea 2
4.1.1. Despaletizador:
Este equipo se encarga de incorporar las botellas vacías a la línea de producción. Está
compuesto por 3 transportes que trasladan las paletas colocadas por el montacargas en el primer
Proyecto 2 Paletizador línea 2
Proyecto 3 Transportes de botellas y paquetes de línea 2
79
transporte. Las paletas van avanzando hasta llegar a un sistema elevador ubicado después del
tercer transporte que permite que se vayan circulando las camadas de botellas para incorporarlas
a la línea de producción.
El barrido de las botellas lo realiza un brazo mecánico. Una vez realizado el vaciado completo
de la paleta, la misma desciende para trasladarse a otro transporte que acumula las paletas vacías.
4.1.2. Posicionadora de botellas
La posicionadora cumple la función de tomar las botellas que vienen del despaletizador y
ubicarlas para que puedan ser enviadas una a una hacia las vías aéreas de botellas, es decir es el
equipo que se encarga de tomar todas las botellas totalmente desordenadas y acumuladas todas en
conjunto, para así enfilarlas de forma ordenada hacia las vías aéreas de botellas.
4.1.3. Vías aéreas de botellas
Es el equipo encargado de trasladar las botellas desde la posicionadora hacia la llenadora,
como su nombre lo indica es un transporte aéreo que por medio de unas barandas que se adaptan
según el formato o presentación a ser utilizado, sostienen la botella la cual es impulsada por
medio de unas turbinas o sopladores a muy alta velocidad hacia la llenadora.
4.1.4. Llenadora
A pesar de recibir el nombre de llenadora, este equipo realiza 2 funciones adicionales al
llenado de botellas, en principio se encarga de recibir las botellas ya sea de las vías aéreas o de
los transportes para realizar un proceso de enjuagado que permita lavar internamente la botella
volteando la botella 90 grados y disparando una cantidad de agua a gran presión dentro de cada
una que permite lavar internamente la botella, una vez realizado esto la botella retoma su
posición original y es enviada a la llenadora que es donde la botella se carga de agua para
posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica coloca las tapas en las botellas
llenas para así enviarlas al transporte de botellas llenas.
4.1.5. Transporte de botellas llenas
El equipo se encarga de trasladar mediante cintas transportadoras las botellas que salen de la
llenadora y las envía hacia la empaquetadora, cuenta con 6 cintas transportadoras con motores
independientes en donde además se realiza la codificación individual de las botellas precisamente
en el primer transporte a la salida de la llenadora.
4.1.6. Empaquetadora
80
Equipo encargado de agrupar las botellas en paquetes que provienen de los transportes,
envolviendo los grupos de botellas por un plástico termoencogible y cortado a la medida
seleccionada, para posteriormente enviarlos a la línea transportadora de paquetes.
4.1.7. Transporte de paquetes
Es el equipo que cumple la función de trasladar los paquetes desde la empaquetadora hacia el
paletizador, consta de 12 cintas transportadoras controladas con motores independientes,
representa la línea transportadora más larga de toda la Planta.
4.2. Proyecto 2: Paletizador de línea 2
En el caso de la línea 2 el proceso de paletizado es completamente automático, es decir que
existe un equipo que se encarga de construir las camadas de paquetes con botellas, sin
intervención manual de operadores.
4.2.1. Descripción del proceso
La línea 2 posee la mayor capacidad de producción de toda la planta. Tiene la
multifuncionalidad de permitir tres presentaciones: 330ml, 600ml y 1500ml.
Desde el punto de vista de velocidad del proceso, el mismo puede representarse con una “V”
invertida (ver figura 4.2). El equipo con mayor velocidad es la llenadora debido a que debe
realizar el procedimiento de llenado y tapado de las botellas a una velocidad sumamente alta para
no generar retraso en los equipos anteriores y suministrar todo el producto necesario para enviar a
la empaquetadora y posteriormente al paletizador de forma tal que todos los equipos trabajen a
una velocidad que logre la producción deseada.
Figura 4.2 Referencias en cuanto a velocidad de los equipos de línea 2
81
4.2.2. Descripción del equipo:
El sistema paletizador de línea 2 está compuesto por varias equipos que cumplen la
función de construir las camadas con paquetes de botellas llenas para que posteriormente se
coloquen en las envolvedoras, para enviarlas a los camiones de distribución. El sistema de
paletizador está compuesto por dos equipos principales:
Robokombi: Equipo encargado de tomar los paquetes de botellas ordenados en la mesa de
entrada, para colocarlos en forma ordenada en las paletas.
Robot araña: Equipo encargado de colocar tanto las paletas como las láminas divisoras de
camada en la línea, las paletas son colocadas mediante unos ganchos que abren y cierran para
sujetar las paletas, las cuales se encuentran almacenadas a un lado del robot araña. La otra
función de tomar ventosas o las láminas divisorias de camada la realiza por medio de unos
succionadores que se una vez que el robot detecta la presencia del cartón se aspira el aire de
forma tal que se puede tomar la ventosa para trasladarla al lugar requerido. Ambos equipos se
pueden observar en la figura 4.3 presentada a continuación:
Figura 4.3 Paletizador de línea 2
82
El proceso consiste en que los paquetes de botellas llenas que provienen de las vías
transportadoras de línea 2, llegan a la mesa de entrada del paletizador , el cual se encarga de
trasladar los paquetes, orientándolos de acuerdo al patrón que corresponde a la presentación de
producto que está corriendo ya sea 330 ml, 600 ml o 1500 ml .
La mesa de formación de camada agrupa y une los paquetes para armar la camada compacta.
Al mismo tiempo la herramienta del brazo del Robokombi se ubica en la salida de la mesa de
formación de camada para esperar a que ésta sea construida. También al mismo tiempo el sistema
de robot araña debió haber colocado la paleta de madera en donde se va a construir la torre,
colocando además una lámina de chapaforte (que sirve como soporte entre camadas).
Cuando la camada esta lista, un brazo arrumador que se encuentra en la parte superior de la
mesa de formación de camada, empuja los paquetes desde la parte posterior hacia la herramienta
del brazo del Robokombi. Éste la sujeta y la traslada al lugar donde encuentra la paleta vacía o
que se está llenando de acuerdo a las coordenadas de posición y altura correspondientes.
Cuando el robot está en la posición adecuada desplaza los rodillos dejando caer la camada
sobre el chapaforte, se levanta y se traslada hasta la salida de la mesa de formación de camada
nuevamente. Mientras tanto la unidad dosificadora de chapaforte coloca una nueva lámina
(excepto sobre la última camada de cada paleta) y se va formando la camada siguiente. A
continuación se puede observar el brazo empujador encargado de enviar los paquetes ya
ordenados hacia el Robokombi (figura 4.4).
Figura 4.4 Brazo empujador de paquetes
83
Una vez que los paquetes son empujados, brazo del robot se abre por medio de unos rodillos y
toma los paquetes, para posteriormente trasladarlos hacia la formacion de la camada, moviendo
sus rodillos para dejar caer los paquetes en la posicioon correcta. En la figura 4.5 se puede
visualizar el brazo del Robokombi que realiza la funcion antes descrita.
Figura 4.5 Brazo de Robokombi
4.2.3. Descripción del problema
En vista de lo explicado anteriormente se tiene que el robot araña cumple una doble función,
suministrar paletas y ventosas a la línea. Cabe destacar que se realizó un estudio del robot araña
debido a la constante aparición de fallas, y se conoció que el equipo tenía un promedio de fallas
muy alto, que puede atribuirse a que la doble funcionalidad del equipo lo perjudicaba
enormemente.
Se pudo investigar además que el sistema originalmente fue diseñado para la utilización de
paletas plásticas, mientras que en la actualidad se utilizaban paletas de madera, las cuales son
considerablemente más pesadas que las anteriores lo cual contribuía enormemente con la
constante aparición de las fallas que generaban considerables paradas de la producción. Además
de las fallas mecánicas sufridas por la araña, la doble funcionalidad de la misma retrasaba el
proceso de paletizado.
84
En la figura 4.6 se puede observar el seguimiento del proceso de paletizado con una medición
de los tiempos, en donde se toma como tiempo inicial o tiempo “0” cuando el sistema culminaba
completamente el armado de una paleta y la misma avanzaba, mientras que el tiempo final es
precisamente cuando se culminaba la siguiente paleta. Cabe destacar que la medición de tiempos
se realizó en condiciones ideales, es decir cuando la línea de producción no presentara ninguna
parada, y el proceso de paletizado fuera constante y sin pausas. Entonces se consideran los
siguientes pasos:
1- Avanzó la paleta culminada
2- La araña coloca la paleta en la línea
3- La araña coloca el cartón encima de la paleta
4- El Robokombi coloca las camadas de paquetes
5- La araña coloca la ventosa encima de la camada
6- Se repiten 4 y 5 hasta culminar la paleta
Figura 4.6 Proceso de paletizado cronometrado
85
A continuación se presenta una ayuda visual de cada paso mencionado anteriormente en
las figuras 4.7, 4.8, 4.9 y 4.10:
Figura 4.7 Paso 2
Figura 4.8 Paso 3
86
Figura 4.9 Paso 4
Figura 4.10 Paso 5
87
Se pudo establecer que el proceso de paletizado en condiciones ideales posee un total de 2
minutos 47 segundos de armado por cada paleta, encontrando que el retraso se debe en gran parte
a que el proceso debe esperar por la colocación de la paleta y posteriormente de la ventosa por
parte del robot araña para iniciar el armado de la paleta.
Con esta nueva evidencia y lo anteriormente mencionado en términos de fallas, se planteó la
necesidad de realizar una modificación en el sistema de paletizado de la línea de forma tal de
incorporar un equipo que suministrara las paletas a la línea y de esa forma eliminar la doble
funcionalidad del robot araña para que únicamente suministrara ventosas en el proceso. El
proyecto se planteó también en vista que existía un equipo en otra planta de Empresas Polar, que
no estaba siendo utilizado y precisamente cumplía las funciones de un dosificador de paletas.
Además un argumento fundamental es que con la incorporación del dosificador de paletas al
equipo, la araña no realizaría el recorrido de buscar la paleta, que es donde se mueve dentro del
mismo campo de movimiento del Robokombi, por lo tanto al incorporar el dosificador
mencionado se elimina el movimiento de la araña dentro del campo de movimiento del robot, por
lo tanto se hace completamente nula la posibilidad de una colisión entre ambos equipos (lo cual
de acuerdo con los operadores sucedió en alguna oportunidad).
4.2.4. Planteamiento del proyecto:
En el inicio del proyecto, una vez entendido y estudiado el proceso de paletizado se procedió a
estudiar el esquema eléctrico del equipo, ya que en vista que se iban a realizar modificaciones en
el proceso, algunas funciones debían ser eliminadas, por lo tanto se centró inicialmente en el
robot araña, ya que es específicamente su función de recoger las paletas la que debía ser
eliminada.
La función de recoger las paletas se realizaba por medio de unos ganchos de hierro que abrían y
cerraban para sujetar las paletas, como se puede observar el la figura 4.11 y 4.12:
88
Figura 4.11 Robot araña antes de las modificaciones
Figura 4.12 Robot araña- Elementos a desincorporar
89
Debido a esto se identificaron todas las entradas y salidas del PLC relacionadas con la función
realizada por estos ganchos y se procedió a analizarlas para comprobar si debían ser eliminadas
para dar paso al nuevo diseño, además que permitiera actualizar el esquema eléctrico. Los nodos
de entradas y salidas del robot araña se comunicaban por medio de una red ASIBUS, por lo tanto
fue de suma importancia conocer cuales entradas y salidas no iban a ser requeridas en la nueva
programación del sistema de paletizado para que de esa forma se pudieran eliminar físicamente, y
fueran además eliminadas en la reestructuración que iba a sufrir el software. A continuación
observamos el esquema eléctrico del equipo en donde se resaltan las I/Os que debían ser
desincorporadas junto con la remoción física de los ganchos del robot araña (figura 4.13-14).
Figura 4.13 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas
90
Figura 4.14 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas
Las entradas desincorporadas son las relacionadas con los sensores de ganchos abiertos o
ganchos cerrados (son 4 ganchos en total), sensores ubicados en el almacen de paletas, y sensores
de seguridad en mometos de rotacion del robot araña, en cuanto a las salidas se tienen las
electroválvulas de apertura y cierre de ganchos. Este estudio fue beneficioso debido a que
permitió tener una directriz para falicitar al personal que realizó el desarme del equipo, sin
incurrir en errores ni retardos.
En la figura 4.15 se puede observar el robot araña después de las modificaciones, donde
claramente se puede notar que fue simplificado enormemente con la eliminación física de los
ganchos sujetadores de paletas y los nodos de entradas y salidas relacionados a los mismos
Figura 4.15 Robot araña después de las modificaciones
91
4.2.4.1. Dosificador de paletas:
Por otra parte, se debió realizar el estudio del nuevo equipo a ser incorporado en la línea, de
forma tal de entender su funcionamiento y poder incorporar todos los sensores requeridos para
integrarlo al sistema de paletizado. El dosificador de paletas presentaba un sistema compuesto
por 2 motores, un motor encargado de elevar por medio de unos ganchos las paletas almacenadas,
y el otro encargado de transportar la paleta hacia afuera del equipo que se denominará como
transportador 1, al mismo debió integrarsele una mesa volteadora a la salida del mismo, que
trasladara la paleta saliendo del dosificador,llamado transportador 2 , el cual tiene la
particularidad de subir y bajar, precisamente para que la paleta pueda ser incorporada a la línea de
producción. En la figuras 4.16 y 4.17 se observa lo antes descrito:
Figura 4.16 Dosificador de paletas vista posterior
92
Figura 4.17 Dosificador de paletas vista frontal
4.2.4.1.1. Descripción del funcionamiento:
En principio el equipo debe encontrarse con los ganchos del elevador de paletas abiertos, para
que de esa forma se puedan colocar paletas encima del transportador 1. Una vez colocadas las
paletas en el transporte 1 los ganchos se cierran tomando la paleta que está por encima de la que
se encuentra en contacto con el transportador 1 o que está en la parte inferior de todo el almacén
de paletas, para que de esa forma los ganchos se eleven y liberen a la última paleta sosteniendo el
resto. Posteriormente se enciende el transportador 1 y 2 hacia adelante trasladando la paleta hasta
la mesa volteadora, en donde una vez que llega al final los dos canales del transporte 2 se
desplazan hacia abajo incorporando la paleta en los rodillos de la mesa volteadora.
El funcionamiento del equipo, se puede resumir en 3 motores que controlan el elevador de
paletas, el transportador 1 y el transportador 2; electroválvulas para abrir y cerrar los ganchos y
para subir o bajar el transporte 2, sin embargo se debió realizar el diseño de la ubicación de los
sensores requeridos para incorporar el equipo al sistema de paletizado.
4.2.4.1.2. Diseño y ubicación de los sensores
El equipo contaba con algunos sensores básicos de su funcionamiento, que no eran suficientes
para controlar todas las funciones que se querián obtener al incorporarlos al dosificador. A
93
continuación se presenta una ayuda visual de la ubicación y tipo de los sensores que tenía el
equipo originalmente (figura 4.18).
Figura 4.18 Diagrama de ubicación de sensores ya existentes del dosificador de
paletas
Sensor nivel máximo elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba
que los ganchos del elevador se encuentran en el nivel máximo, se enciende por la detección del
metal de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas se encuentra en su máximo
nivel y puede subir más.
Sensor nivel medio elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba que
los ganchos del elevador se encuentran en el nivel medio, se enciende por la detección del metal
de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas se encuentra en el nivel medio y
puede desplazarse hacia arriba o hacia abajo.
Sensor de nivel mínimo elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba
que los ganchos del elevador se encuentran en el nivel mínimo, se enciende por la detección del
metal de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas llegó a su posición bajo.
Los sensores mencionados se ilustran en la figura 4.19 presentada a continuación:
94
Figura 4.19 Sensores indicadores de nivel del elevador de paletas
Sensor magnético gancho abierto 1 y 2: Sensor de tipo magnético que indica que el gancho 1
o 2 se encuentra abierto, es decir sin sujetar paletas, detecta cuando el gancho abre.(figura 4.20)
Sensor magnético gancho cerrado 1 y 2: Sensor de tipo magnético que indica que el gancho
1 o 2 se encuentra cerrado es decir sujetando las paletas, detecta cuando el gancho cierra..
Figura 4.20 Sensor magnético gancho abierto dosificador de paletas
95
Sin embargo a pesar de contar con una serie de sensores que podrían permitir un control
básico del equipo se debió plantear la instalación de nuevos sensores que permitieran controlar
todo el sistema con la incorporación de la mesa volteadora.
Se incorporó un PLC Siemens S7 junto con 3 variadores de frecuencia marca Danfoss para
controlar la velocidad de los 3 motores del equipo, y un panel que permitiera incorporar todas las
funciones de los accionamientos respectivos. En dicho lugar se realizaron las pruebas necesarias
y se realizó el diseño de la ubicación de los sensores a incorporar los cuales podemos observarlos
en la figura 4.21:
Figura 4.21 Ubicación de sensores incorporados en el dosificador de paletas
Sensor presencia de paleta en mesa volteadora (figura 4.22): Sensor de proximidad que
permite detectar cuando la paleta llega a la mesa volteadora, su inclusión se debe a que es el que
envía la señal al PLC para bajar el transporte 2 y así incorporar la paleta a los rodillos de la mesa
volteadora.
96
Figura 4.22 Sensor presencia de paleta en transporte 2
Sensor cadena mesa volteadora ( figura 4.23): Sensor de tipo inductivo que detecta cuando
la cadena del transportador 2 se encuentra arriba.
Figura 4.23 Sensor transporte 2 arriba
Sensor presencia de paleta en transporte (figura 4.24) : Sensor reflectivo que indica cuando
existe una paleta en el transporte 1, sirve además como seguridad de forma tal de no bajar el
elevador hasta el mínimo cuando hay una paleta en el transporte 1.
97
Figura 4.24 Sensor presencia de paleta en transporte 1
Sensor presencia de 3 paletas en transporte 1 (figura 4.25): Permite indicar que quedan
solamente 3 paletas en el arrumador del dosificador y sirve para enviar una alarma a los
operadores indicando que deben colocar paletas nuevamente.
Figura 4.25 Sensor mínimo 3 paletas en transporte 1
Sensor máximo nivel de paletas en transporte 1 (figura 4.26): Permite indicar que el
arrumador del dosificador se encuentra completamente lleno por medio de un sensor de
proximidad ubicado en la parte superior del dosificador.
98
Figura 4.26 Sensor de máximo nivel de paletas en transporte 1
Una vez culminado el período de prueba del dosificador se trasladó el equipo al lugar donde
iba a ser incorporado, se instalaron los sensores mencionados anteriormente, los cuales se
conectaron por medio de unos nodos de entradas y salidas (figura 4.27), los cuales a través de una
comunicación Profibus se incorporaron al control del PLC Siemens S7 ya existente.
Figura 4.27 Nodos de entradas y salidas del dosificador de paletas
Además se instalaron los tres variadores de frecuencia mencionados en el tablero eléctrico del
paletizador, siguiendo con las especificaciones de voltaje, corriente y potencia que poseen cada
uno de los motores pertenecientes al dosificador. Por lo tanto se instalaron 3 variadores Danfoos
FC300 los cuales se encontraban en existencia en el almacén de la planta.
99
4.2.5. Planos eléctricos:
Al realizar modificaciones en el equipo paletizador se debió además modificar el esquema
eléctrico de forma tal de reflejar la nueva incorporación del dosificador, como se presenta a
continuación en las figuras 4.28, 4.29 y 4.30 pertenecientes al anexo D, donde se puede observar
la conexión de los nuevos motores mencionados con su respectivo variador de frecuencia y toda
la información acerca de la conexión, por supuesto tomando como referencia para el dibujo, el
diseño de los planos eléctricos originales.
Figura 4.28 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor elevador de
paletas
100
Figura 4.29 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte
cadena 1
Figura 4.30 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte
cadena 2
101
Además se incluyó en el plano eléctrico toda la información de las entradas y salidas
anteriormente mencionadas (figuras 4.31-4.34), representando la dirección de entrada o salida
correspondiente en el PLC, el tipo de sensor, el tipo de comunicación (Profibus DP) y por el
último el nodo correspondiente al que pertenece dicha entrada o salida.
Figura 4.31 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas
Figura 4.32 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas
102
Figura 4.33 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de
paletas
Figura 4.34 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Salidas Dosificador de
paletas
103
Una vez instalado el dosificador de paletas en el área de paletizado se procedió a sincronizar
sus movimientos con los del resto del paletizador, variando las velocidades de los motores de
forma tal que el sincronismo del Robokombi, Robot araña y el dosificador fuera óptimo. Por
supuesto modificando la operación del robot araña eliminando la función de recoger las paletas.
Además de esto se instaló un panel TP177B, sustituyendo el panel obsoleto actual de forma tal
de mejorar la operación del equipo y además adicionar la operación del nuevo dosificador de
paletas incorporado. En la figura 4.35 se observa el panel de operación anterior mientras que en
la figura 4.36 el panel TP177B instalado.
Figura 4.35 Panel secundario de operación anterior
Figura 4.36 Panel secundario de operación instalado
104
Cabe destacar que el panel representado en la figura 4.36 representa el panel secundario del
paletizador, desde el cual anteriormente se manipulaba únicamente el robot araña mientras que
actualmente se le agregó la función del dosificador de paletas.
Por lo tanto existe un panel principal el cual también fue sustituido por un panel MP377
(figura 4.37) desde donde se puede manipular todo el paletizador incluyendo Robokombi, Robot
araña y dosificador, lo que representa una ventaja con respecto al diseño anterior debido a que el
operador debía trasladarse hasta otro lado en caso que se debiera realizar alguna manipulación
manual del robot araña.
Desde el punto de vista operacional lo anterior representa una gran mejora debido a que
también el personal permitió avalar la realización del proyecto, que en muchos casos puede verse
afectada por el descontento del personal de la planta. Por lo tanto previamente a la ejecución del
proyecto se debió proceder a realizar encuentros con el personal de operadores del paletizador de
línea 2 de forma tal de exponer la idea del proyecto y captar sus impresiones además de
presentarles las ventajas que presentaba el mismo para todo el personal de la planta.
Figura 4.37 Panel principal paletizador línea 2 instalado
4.2.6. Resultados
Entre los beneficios que buscaba la realización del proyecto existen dos visiones desde donde
se ataca el objetivo de aumento en la productividad, el primero ya fue mencionado que es el de
disminuir el número de paradas por motivo de fallas en el robot araña, el segundo se debe a que
el dosificador de paletas al ser un equipo incorporado que puede trabajar independientemente del
funcionamiento del Robokombi o el robot araña , tiene la capacidad de introducir las paletas a la
línea de producción en el momento en que aún se está armando la paleta anterior, de forma tal
que una vez culminada la misma, la nueva paleta se coloque rápidamente en posición para repetir
105
el proceso.
Entonces se podría inferir que el tiempo que anteriormente la araña tomaba para buscar la
paleta y colocarla en la línea actualmente estaba siendo eliminado, debido a esto se procedió a
medir el tiempo de armado de las paletas después de las modificaciones coincidiendo claramente
con lo anteriormente planteado ya que el tiempo se redujo 53 segundos por cada paleta lo que
representa un 31.73% de disminución de tiempo de producción de cada paleta, por supuesto
en base a las condiciones ideales expuestas anteriormente.
Estudiando la productividad de la planta se puede comprobar todo lo anteriormente expuesto,
ya que en los meses anteriores se tenía un promedio de 57% de productividad, mientras que una
vez realizado el proyecto, se logró un pico de productividad de 59.76% en el mes de Mayo
específicamente, lo cual representa un incremento sumamente considerable que justifica la
ejecución del proyecto antes mencionado, sin mencionar que en el mes de Junio la
productividad llegó a alcanzar en un día de producción la cifra de 73.8% que representa
una de las más altas observadas en dicha línea.
4.2.7. Referencia al manual de operación
Es importante mencionar que a pesar de la magnitud del proyecto, el mismo pudo ser llevado a
cabo en el tiempo estipulado, y una vez culminado se procedió a impartir los adiestramientos
necesarios para el personal de operadores mediante la elaboración de un manual de operación de
las pantallas, que sirvió de material de apoyo para los mismos. A continuación se presentan
algunas de las pantallas dispuestas en dicho manual (figuras 4.38-4.41) , por razones de espacio
solo se muestran en este informe algunas de referencia, mientras que todo el manual puede
observarse en el anexo E de este informe.
106
Figura 4.38 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones
manuales del Robokombi.
Figura 4.39 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones
manuales del Robokombi.
107
Figura 4.40 Anexo E-Manual de operación Paletizador línea 2- Funciones manuales
Dosificador de paletas
Figura 4.41 Anexo E-Manual de operación Paletizador línea 2- Funciones manuales
Dosificador de paletas
108
4.3. Proyecto 3: Transportes de botellas y paquetes línea 2
El tercer proyecto se realizó en la misma línea de producción del paletizador, en este caso
línea 2; sin embargo los equipos involucrados en esta oportunidad son las líneas transportadoras
de botellas y paquetes.
4.3.1. Descripción del equipo
La línea transportadora de botellas traslada las botellas enviadas por la llenadora hacia la
empaquetadora, son un total de seis transportes que tienen como objetivo crítico evitar la caída de
botellas. Los transportes de paquetes trasladan los paquetes enviados por la empaquetadora hacia
el paletizador, son un total de doce transportes representando la línea de transportes mas extensa
de la planta precisamente diseñada con el objetivo de acumular la mayor cantidad de paquetes
posibles sin detener la línea de producción por paradas en el paletizador. A continuación en la
figura 4.42, se puede observar un esquema de las líneas transportadoras de envases y paquetes de
línea 2.
Figura 4.42 Diagrama de las líneas transportadoras de envases y paquetes de línea 2
109
4.3.2. Descripción del problema
Para exponer las razones por las cuales se plantea el proyecto de automatización es importante
dividir los transportes de botellas de los transportes de paquetes ya que los argumentos para cada
uno de ellos son diferentes.
4.3.2.1. Transportes de botellas: Los transportes de botellas de línea 2 son un total de siete
bandas transportadoras , con motores independientes y ademas variadores de frecuencia
independientes.
En este tramo de la línea, el problema principal radica en la caída de botellas, lo cual se
debe a que la llenadora dependiendo de sus condiciones de operación trabaja a distintas
velocidades, por lo tanto al enviar las botellas hacia los transportes en varias ocasiones, las
transiciones de botellas entre transportes ocasionaba que el problema de botella caída, lo cual
resultaba sumamente dificil de corregir debido a que los transportes tenían una velocidad fija y
adicionalmente a esto no existia un panel de operación desde el cual se pudiera variar esa
velocidad del transporte, sino que se debía modificar directamente en la referencia del variador
de frecuencia correspondiente al motor que controlaba dicho transporte.
Por lo tanto cada transporte trabajaba con una sola velocidad sin importar la acumulación
de botellas a lo largo de la línea, lo cual era sumamente ineficiente debido a que en caso de
que la empaquetadora tuviera una parada, las botellas se empezaban a acumular en la línea y al
chocar las botellas que llegaban con la acumulación ya formada, se originaba caída de
botellas, obligando a los operadores a buscar una solución informal que es la de rociar toda la
línea con un líquido resbalante altamente costoso, representando una solución sumamente
ineficiente.
4.3.2.2. Transportes de paquetes: Para el caso de los transportes de paquetes las dificultades
son diferentes,sin embargo pueden ser resueltas en ambos casos con la misma solución
planteada en el punto 4.3.2.1.
La línea transportadora de paquetes tienen en total 12 transportes controlados por motores
independientes, cada una controlado por un variador de frecuencia, sin embargo al igual que
en el caso anterior no poseían ninguna lógica de control por motivo de acumulación. Los
transportes trabajaban a una velocidad específica causando que no se acumularan de manera
eficiente, dejando de acumular un 30% de su totalidad o en ocasiones hasta 70 % dependiendo
de la dosificación de la empaquetadora.
110
Por lo tanto se veia afectada indirectamente la productividad de la línea debido a que al
acumular de forma ineficiente los paquetes, el tiempo que pasaba cuando se presentaba una
parada corta en el paletizador, para que se llenara la línea y por tanto se detuviera la
empaquetadora era muy corto, lo cual causaba paradas sucesivas en el resto de equipos de la
línea afectando altamente la productividad.
4.3.3. Planteamiento del proyecto
Debido a la problemática mencionada anteriormente se planteó entonces un esquema de
modulación de velocidades de la línea transportadora, estableciendo tres velocidades por cada
transporte que permitieran no solo una mejor acumulación de los paquetes sino que además
evitaran la caída de botellas antes de la empaquetadora.
Para realizarlo se debió identificar los sensores ubicados en los transportes leyendo su entrada
en el PLC y su ubicación en el transporte para que de ésa forma se pudiera plantear la lógica de
cambio de velocidad de los mismos. En principio se establecen tres velocidades: una velocidad
alta, una media y otra baja, que debía tener cada transporte según las condiciones planteadas. Las
lógicas de cambio de velocidad para los transportes también difieren por tanto en éste tramo
tambien se dividirá en transportes de botellas y de paquetes.
4.3.3.1. Transporte de paquetes: Los transportes de paquetes de línea 2 poseen cada uno un
sensor de tipo reflectivo ubicados al final de su tramo, por lo tanto se planteo una lógica en
donde se usaría por cada transporte la información del sensor mencionado y del estado del
transporte ubicado por delante de él, considerando si se encontraba encendido o apagado.
Para cada transporte se define un “maestro”, el cual es el transporte que se encuentra por
delante de el mismo, con excepción del caso del transportador que se encuentra en la entrada
del paletizador cuyo maestro es el estado encendido o apagado del mismo paletizador. En la
figura 4.43 se puede observar un diagrama que representa la disposición de los transportes, la
identificación de su motor y sensor respectivo
111
Figura 4.43 Diagrama Transportes de paquetes de línea 2
En la figura 4.44 se observa una imagen de los transportes de paquetes en plena producción.
Se puede observar claramente la longitud de la línea transportadora de envases y además la forma
ineficiente como acumula paquetes en algunos tramos, ya que tiene tramos de los transportes
vacíos mientras que otros se encuentran con todos los paquetes unidos unos con otros.
Figura 4.44 Transportes de paquetes de línea 2
112
A continuación en la figura 4.45 se tiene el sensor detector de paquetes ubicado al final de cada
transporte:
Figura 4.45 Sensor detector de paquetes transporte 2201
Por tanto, continuando con la lógica de modulación se tiene que existe un “maestro” y un
“esclavo”, el maestro es el transporte ubicado por delante y el esclavo es el mismo transporte,
teniendo esto, se puede plantear una tabla de la verdad que refleje dadas las condiciones del
maestro y el sensor, el tipo de velocidad que va a tener el transporte esclavo.
Como se mencionó anteriormente se define una velocidad alta, una media y una baja, vamos a
tener también un tiempo de transición de velocidad y un tiempo de parada, es decir un retardo en
la transición de cambio de velocidad y uno en la parada.
Se presentará una tabla que permita ilustrar mejor la nueva lógica sin embargo se resume a
decir que el transporte tiene la velocidad alta cuando su maestro está funcionando, es decir el
transporte que tiene por delante se encuentra encendido; una vez detenido el maestro y el sensor
del esclavo está libre entra en la velocidad media hasta que el sensor se coloque en 1 es decir que
tenga paquete por un cierto tiempo a su salida entonces ahí entrara a la velocidad baja hasta
detenerse, el tiempo que tarda en detenerse está dado por el tiempo de parada, la misma lógica se
cumple con todos los transportes de paquetes.
A continuación la tabla de la verdad de lo mencionado (tabla 4.1):
113
Tabla 4. 1 Tabla de la verdad- Modulación de velocidadesMotor
maestro
Sensor
esclavo
Motor
esclavo Velocidad
1 0 1 Alta
0 0 1 Media
0 1 1 Baja
En cuanto a la parte de programación se trabajó con el software Simatic S7 300, en donde se
definen 3 condiciones de velocidad, cada una de ellas una vez relacionada con un factor
multiplicador.
Para el caso de velocidad alta, el factor multiplicador es mayor que el de las otras dos
velocidades, entonces ese factor asociado a cada una de las tres velocidades se multiplica por una
referencia base del motor, las cuales se establecieron en 100hz.
Por lo tanto si se dan las condiciones, por ejemplo de velocidad baja, el factor asignado para
velocidad baja se multiplica por la referencia base que son 100 hz y el resultado de esta operación
representa la referencia de velocidad del motor.
A continuación se presenta un ejemplo con uno de los transportadores de cómo se realizó lo
anteriormente explicado (figura 4.46)
114
Figura 4.46 Programa Step 7 Referencia de salida del motor
En este caso las cond_1 corresponden a velocidad baja, es decir que el maestro está en 0 y el
sensor detecte paquete en 1. Se multiplica la referencia base mencionada con el factor
multiplicador de la velocidad baja, el cual se puede ajustar desde el panel; de ésa forma el
resultado es la referencia de salida del motor en cuestión para que se mueva a velocidad baja.
Cuando se realiza la condición de velocidad baja, no puede realizarse la condición de media alta.
Es por esto que se colocan en serie los contactos normalmente cerrados de las otras condiciones
para que en caso que uno de ellos este dado, no se realice la condición equivocada.
Una vez que se detuvo toda la línea, el arranque de los motores viene dado por la condición
del paletizador. Cuando el mismo enciende, automáticamente arranca el transportador más
cercano. Unos segundos después enciende el anterior y así sucesivamente hasta arrancar toda la
línea. El objetivo de la modulación de tres velocidades es incrementar el tiempo que tarda en
llenarse la línea transportadora cuando ocurre una parada corta del paletizador, para que de ésa
forma mediante una mejor acumulación de los paquetes darle un tiempo al nuevo arranque del
paletizador sin que esto signifique el parado de la empaquetadora .
115
4.3.3.2. Transporte de botellas (figura 4.47 y 4.48): En cuanto al transporte de botellas la
lógica de modulación es ligeramente distinta, en éste caso la velocidad de los transportes
depende única y exclusivamente de la condición de los sensores.
Figura 4.47 Transportes de botellas de línea 2
Figura 4.48 Transportes de botellas de línea 2
En éste tramo los sensores son inductivos los cuales detectan la acumulación de botellas.
Cuando el transporte está completamente lleno de botellas el sensor detecta esta situación por
116
medio de una baranda que se encuentra constantemente haciendo contacto con el sensor
inductivo. Cuando ocurre la acumulación en el transporte, las botellas empujan la baranda,
levantándola y ocasionando que el sensor deje de detectar el metal; como se puede observar en la
figura 4.49.
Figura 4.49 Sensor de acumulación de botellas en transportes de línea 2
Con base en la información de dichos sensores, se planteó la lógica de modulación siguiente:
considerando que en muchos casos existe más de un sensor por tramo, si el transporte siguiente
no presenta ningún tipo de acumulación el mismo debe encontrarse en velocidad alta. En caso de
que el transporte siguiente se encuentre totalmente lleno de botellas, el transporte debe caer en
velocidad media, y cuando tanto el transporte siguiente como el transporte de interés se encuentra
totalmente lleno de botellas, el mismo debe entrar en velocidad baja, tal como puede apreciarse
en las figura 4.50, 4.51 y 4.52:
117
Figura 4.50 Programa Step 7 Condición velocidad baja motor 1301
Figura 4.51 Programa Step 7 Condición velocidad media motor 1301
118
Figura 4.52 Programa Step 7 Condición velocidad alta motor 1301
4.3.4. Resultados:
Una vez realizada la parte de programación se procedió a realizar las pruebas en producción.
Con la ayuda del personal de la planta se colocó un panel TP177B desde el cual se pudieran
modificar los parámetros de velocidad alta, media y baja para lograr el desempeño óptimo de los
transportes eliminando todos los problemas anteriormente mencionados.
Se propuso una fase de ajuste de velocidades en medio de la producción de forma tal de
entregar unos parámetros validados con varias horas de funcionamiento de producción. A
continuación se presentan los parámetros de velocidad validados para los cuales se logró entre
otros aspectos eliminar la caída de botellas en las tres presentaciones que corresponden en la línea
330ml, 600ml y 1500ml, y además logrando una importante mejora en la acumulación de
paquetes a la salida de la empaquetadora (Tabla 4.2).
119
Tabla 4. 2 Parámetros de velocidades consolidados para transportes de línea 2
Dichos parámetros fueron validados en base a la observación por medio de ensayo y error
en producción, complementándola con la opinión del personal operador que trabaja en los
respectivos equipos los cuales con su firma avalaron el correcto desempeño de los mismos y
sirven de referencia para que en caso de que ocurra algún inconveniente con las velocidades, se
tenga un soporte validado con el cual se comprobó que el equipo se desempeñó correctamente. El
cambio en las velocidades se habilitó desde el panel mencionado recién instalado, el cual al igual
que en el resto de los proyectos se corresponde con un panel Siemens TP177B se observa en la
figura 4.53:
120
Figura 4.53 Panel de control líneas transportadoras
4.3.5. Referencia al manual de operación
Al igual que en los proyectos antes mencionados se realizó un manual de operación del equipo
donde se pueden visualizar algunas de las pantallas del mismo con su respectiva explicación de
modo de operación, sin embargo para el caso de éste equipo por ser delicado el tema del cambio
de velocidad de los transportes, la operación queda reservada únicamente para el personal de
mantenimiento eléctrico, al cual se les impartió adiestramiento acerca del proyecto y el modo de
operación del panel instalado.
Figura 4.54 Anexo E-Manual de operación transportes de línea 2- Menú principal
121
Figura 4.55 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de
entrada
Figura 4.56 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de
entrada
122
CAPÍTULO 5
PROYECTO 4- DESPALETIZADOR DE LÍNEA 1
El cuarto proyecto de automatización se realizó en el despaletizador perteneciente a
la línea de producción número 1.
5.1. Descripción de los equipos que conforman la línea 1
A continuación se describen todos los equipos que conforman la línea de producción
1 de la Planta Minalba, cuya disposición se puede observar en la figura 5.1:
Figura 5.1 Diagrama del proceso de producción de línea 1
5.1.1. Despaletizador:
El despaletizador es el equipo cuya función principal es la de incorporar los envases a la línea
de producción. En el caso del despaletizador de línea 1, el mismo se encarga además de enfilar
las botellas para que puedan ser enviadas a las vías aéreas debido a que en éste caso no existe una
posicionadora de botellas.
5.1.2. Jirafa:
La jirafa o transporte en descenso se encarga de tomar las botellas que vienen enfiladas del
despaletizador y enviarlas hacia los sopladores de botellas, se le dice transporte en descenso
debido a que la salida del despaletizador se encuentra por encima de las vías aéreas , por lo tanto
el transporte desciende las botellas enfiladas hacia las vías aéreas.
Proyecto 4 Despaletizador de línea 1
123
5.1.3. Vías aéreas:
Es el equipo encargado de transportar las botellas vacías y enviarlas a la entrada de la
llenadora, consta de 3 turbinas sopladoras que permiten el traslado rápido y eficiente de las
botellas vacías.
5.1.4. Llenadora
Se encarga de recibir las botellas de las vías aéreas para realizar un proceso de enjuagado que
permita lavar internamente la botella volteando la botella 90 grados y disparando una cantidad de
agua a gran presión dentro de cada una que permite lavar internamente la botella, una vez
realizado esto la botella retoma su posición original y es enviada a la llenadora que es donde la
botella se carga de agua para posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica
coloca las tapas en las botellas llenas para así enviarlas al transporte de botellas llenas.
5.1.5. Transporte de botellas llenas:
Se encargan de trasladar las botellas envasadas desde la llenadora hacia la empaquetadora, en
donde además son codificadas cada una de las botellas.
5.1.6. Empaquetadora
Equipo encargado de agrupar las botellas en paquetes que provienen de los transportes,
envolviendo los grupos de botellas por un plástico termoencogible y cortado a la medida
seleccionada, para posteriormente enviar los paquetes por medio de cintas transportadoras a la
mesa de paletizado.
5.1.7. Mesa de Paletizado
La mesa de paletizado de línea 2 es similar en funcionamiento a la mencionada de línea 4,
tiene la característica de ser semiautomática, un operador es el encargado de ubicar en la paleta
cada paquete que sale del transportador, contando con un sistema elevador que le permite subir o
bajar la paleta para colocar la paleta de forma ordenada y que no genere daños desde el punto de
vista ergonómico para el operador. Una vez terminada la paleta, el montacargas se encarga de
trasladar la paleta hacia el depósito para que pueda ser llevada por los camiones de distribución.
5.2. Descripción del equipo:
Los equipos involucrados en el cuarto proyecto de automatización son controlados desde el
mismo tablero de control y por medio del mismo PLC. El proceso de envío de botellas a la
124
llenadora es particular de la línea 1 y se debe a que en vista de que no se cuenta con una
posicionadora de botellas, las mismas deben ser ordenadas y enfiladas, para enviar al transporte
en descenso, es por ello que es crítico el problema de la caída de botellas.
A continuación presentamos en la figura 5.2 una ayuda visual de la disposición de los
elementos que integran el proyecto en cuestión que permite visualizar de una forma más clara el
proceso mencionado.
Figura 5.2 Despaletizador de línea 1
El sistema consta de tres transportes de entrada, el Transporte 1 es donde se coloca la paleta
con producto por medio de un montacargas, del transporte 1 se traslada hacia el Transporte 2,
posteriormente abren las puertas del elevador y la paleta avanza hacia el Transporte 3, en donde
se detiene. A continuación podemos observar una vista frontal del equipo en la figura 5.3:
125
Figura 5.3 Despaletizador de línea 1- Transportes de entrada
Posteriormente cierran las puertas y el elevador sube la paleta hasta que es detenida por un
pistón palpador. El operador procede a retirar el marco superior de la paleta y se empieza el
barrido uno a uno de las camadas para enviar las botellas hacia las mallas transportadoras, las
cuales trasladan las botellas en forma ordenada y las envían al enfilador donde se alinean en una
sola columna para ser enviadas a la Jirafa.
Las botellas en fila descienden por la jirafa y se desplazan ordenadas hacia las vías aéreas. En
la figura 5.4 se puede observar el enfilamiento de las botellas:
Figura 5.4 Despaletizador de línea 1- Salida de botellas
El barrido de las botellas se realiza por medio de un carro barredor de camada cuyo
desempeño debe ser sumamente preciso debido a que es crítico la caída de botellas. El barredor
126
una vez que avanza completamente hacia adelante es detenido por unos sensor final de carrera, y
abre el brazo sujetador de camada para que de esa forma se incorporen las botellas a las mallas.
Se puede observar el carro barredor de camada en la figura 5.5:
Figura 5.5 Despaletizador de línea 1- Carro barredor de camada
Las cintas transportadoras encargadas de trasladar las botellas se controlan por dos motores
independientes y se denominan malla corta y malla larga, en donde por medio de una baranda
se van enfilando las botellas hasta enviarlas a otro transporte independiente conocido como
enfilador, que transporta las botellas en fila hacia un nuevo transporte conocido como curva; el
cual las envía hacia la jirafa.
En el transporte enfilador además existe un motor conocido como brazo agitador que mueve
constantemente la baranda de entrada de botellas al enfilador de forma tal de facilitar el
enfilamiento de las botellas y evitar la caída de las mismas.En las figuras 5.6 y 5.7 se puede
observar los elementos que conforman el despaletizador ya mencionados:
Figura 5.6 Despaletizador de línea 1- Mallas transportadoras de botellas
127
Figura 5.7 Despaletizador de línea 1- Enfilador de botellas
Las botellas que llegan al transporte en descenso se incorporan a las vías aéreas en donde se
envían hacía la llenadora. A continuación podemos observar el transporte en descenso desde la
parte superior en el despaletizador (figura 5.8) y desde la parte inferior a la entrada de las vías
aéreas:
Figura 5.8 Transporte en descenso o Jirafa
La paleta una vez vaciada desciende por el elevador hasta llegar abajo, luego de esto el tope
que impide el paso de paletas hacia el arrumador, baja y la paleta se desplaza hacia el arrumador
(figura 5.9) en donde es acumulada con un sistema de elevación, en espera de ser retiradas por el
montacargas.
128
Figura 5.9 Despaletizador de línea 1- Arrumador de paletas
El procedimiento anterior puede resumirse en una serie de pasos que son presentados a
continuación pertenecientes al anexo G del informe y que se ilustran en las figuras 5.10-5.19:
Figura 5.10 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 1
129
Figura 5.11 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 2
Figura 5.12 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 3
Figura 5.13 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 4
130
Figura 5.14 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 5
Figura 5.15 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 5
Figura 5.16 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 6
131
Figura 5.17 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 7
Figura 5.18 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-
Paso 8
Figura 5.19 Anexo G-Procedimiento de despaletizador de línea 1- Paso 9
132
Los diagramas anteriores permiten observar de una forma más detallada el proceso de
funcionamiento del despaletizador, el cual no debía ser modificado en el proyecto, por lo tanto es
importante su estudio para poder migrar el funcionamiento a las nuevas modificaciones.
5.3. Descripción del problema
El proyecto surge de la necesidad de automatizar completamente el proceso del
despaletizador, debido a que actualmente el proceso automático del equipo se iniciaba cuando el
operador por medio de la manipulación manual de los elementos del equipo, introducía la paleta
con producto en el elevador, para posteriormente iniciar el proceso automático. Es decir que los
pasos 2 y 3 mencionados anteriormente se ejecutaban manualmente por el operador desde el
panel de control existente.
Por lo tanto uno de los objetivos del proyecto sería la automatización completa del equipo.
Además se tenía que el tablero de control resultaba sumamente obsoleto debido a que representa
uno de los equipos más antiguos existentes en la planta, el cual era controlado por un PLC marca
Allen Bradley que permitía el funcionamiento mencionado anteriormente. Además poseía
también un panel también Allen Bradley desde donde se podían controlar todos los elementos
del equipo.
En busca de una estandarización en cuanto a proveedor de PLC, se planteó sustituir el PLC
actual por un PLC S7 marca Siemens similar a los utilizados en los proyectos anteriores y
presentes en la planta. El tablero de control como se mencionó anteriormente estaba obsoleto, y
en el cual se podía observar claramente la desorganización de las conexiones que dificultaban
enormemente el trabajo del personal electricista, ya que el equipo además no poseía un plano
eléctrico de las conexiones.
A continuación podemos observar en las figuras 5.20-5.23 algunas imágenes del tablero de
control que incluye a los equipos despaletizador, Jirafa y vías aéreas de botellas. Claramente se
puede observar la desorganización de los componentes, que indicaban la necesidad de una
reestructuración completa, en búsqueda de añadirle vida útil al equipo:
133
Figura 5.20 Tablero eléctrico anterior Despaletizador de línea 1
Figura 5.21 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1
134
Figura 5.22 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1
Figura 5.23 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1
Se puede observar además de la desorganización de los componentes, también los variadores
de frecuencia Danfoos 5000 (también obsoletos) además de poseer un sistema de protección
ineficiente en donde los motores controlados poseían un contactor, de forma que con la
instalación de nuevos variadores de frecuencia se podría plantear la seguridad de los motores sin
necesidad de utilizar un contactor.
Por otra parte se puede observar una serie de relés que podrían ser eliminados en la
reestructuración del control, por lo tanto son varios los elementos que podrían ser eliminados
mediante el nuevo control.
135
Otra de las modificaciones planteadas era la sustitución del panel Allen Bradley, el cual se
debe no solo por la búsqueda de estandarizar el fabricante, sino que además poseía una
complejidad de operación bastante alta, que debía ser simplificada en el nuevo control. En la
figura 5.24 se observa el panel Allen Bradley mencionado:
Figura 5.24 Panel Allen Bradlley
Otro de los problemas consistía en la canalización del cableado de manera deficiente y
desordenada, que debía ser mejorada, ya que imposibilitaba cualquier intervención en el equipo.
A continuación se muestran algunas imágenes que ilustran lo anteriormente mencionado (figura
5.25 y 5.26):
Figura 5.25 Cableado del equipo antes de las modificaciones
136
Figura 5.26 Cableado del equipo antes de las modificaciones
5.4. Planteamiento del proyecto
Se planteó entonces actualizar el automatismo de operación del equipo, además de
reestructurar todo el tablero eléctrico para lo cual se debió en principio estudiar el sistema de
control actual tomando el software del PLC Allen Bradley y estudiando cada entrada y salida de
forma tal de filtrar únicamente los elementos necesarios en el nuevo control y verificar que
elementos debían ser instalados.
Debido a que el proceso automático iniciaba cuando la paleta con producto ingresaba en el
elevador, solo restaba automatizar el proceso anterior que permitía llegar a este paso. Es por esto
que en principio se planteó la ubicación de unos sensores en los transportes que detectaran las
paletas con producto en el mismo para que de esa forma el PLC tuviera la información necesaria
para arrancar el proceso automático. Por lo tanto se instaló un sensor fotoeléctrico reflectivo en
cada transporte de entrada el cual podemos observar a continuación en la figura 5.27:
137
Figura 5.27 Sensor detector de paleta con producto en transporte 1
Además el proceso involucra la apertura y cierre de las puertas, la cual también se hacía en
forma manual desde el panel de control, por lo tanto se instalaron sensores magnéticos, dos en
cada puerta que indicaran al PLC cuando las puertas se encontraban abiertas (figura 5.28).
Figura 5.28 Sensores de puerta abierta/cerrada
Otra de las mejoras fue la instalación de un encoder en el motor del elevador que permitiera
leer el número de vueltas de dicho motor, y en base a esto enviarle la información al PLC para
que se pudieran plantear en la programación unos cambios de velocidad en el ascenso y descenso
del elevador.
138
Al sustituir el PLC Allen Bradley que poseía entradas y salidas de 110 Voltios AC, por un
PLC Siemens S7 de 24Vdc se debía estudiar todos los sensores que iban a ser desincorporados
para determinar si contaban con la versatilidad de también poder trabajar con 24 Vdc. En su
mayoría los sensores eran 110Vac y además 24Vdc por lo tanto únicamente se tuvieron que
sustituir únicamente 2 sensores.
También debido a que se debió reestructurar todas las tuberías, se realizó el cableado por
completo desde las entradas y salidas hacia el tablero, para lo cual fue crítico cumplir con la
identificación utilizada en el plano eléctrico realizado, de forma tal de no presentar
inconvenientes al momento de realizar las conexiones en el nuevo tablero de control.
Otro de los aspectos importantes fue el levantamiento de la información de todos los motores
involucrados en el sistema, para respetar sus características nominales de voltaje, corriente y
potencia, además de elegir las protecciones de los guardamotores dentro de los rangos
requeridos. En base a esto tenemos que los motores involucrados en el proyecto y para los cuales
se realizó el levantamiento de información mencionado son los siguientes: Motor transporte
cadena 1, motor transporte cadena 2, motor transporte cadena 3 en el elevador, motor del
elevador, motor del transporte 4 o transporte del arrumador, motor del carro barredor, motor de
malla corta, motor de malla larga, motor del enfilador, motor de la curva, motor del brazo
agitador, motor de la jirafa, y los 3 motores de los sopladores de las vías aéreas.
5.5. Planos eléctricos.
Para la realización de los planos se empezó a estudiar el diseño del tablero de control anterior.
Sin embargo en virtud de que se iba a reestructurar completamente el tablero, se diseñaron los
planos tomando en cuenta los elementos que iban a quedar en el nuevo control. Por lo tanto al
igual que en los proyectos anteriores se realizaron los planos según la misma normativa,
buscando estandarizarlos y permitir una fácil manipulación por parte de los electricistas. A
continuación se presentan los diagramas de control y fuerza dibujados en la etapa de potencia,
con la conexión de todos los motores correspondientes:
La figura 5.29 representa la etapa de potencia del tablero de control, en donde se establecen las
protecciones por medio de breakers, un transformador de 480 Vac a 110 Vac para posteriormente
por medio de una fuente Sitop Siemens convertir el 110 Vac en 24Vdc necesario para alimentar
el PLC instalado y todas las tarjetas de entradas y salidas, así como los sensores y electroválvulas
involucradas en el equipo. LAS
139
Figura 5.29 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Tablero de control
y fuerza
En las figuras 5.30, 5.31 y 5.32 podemos observar la conexión de los 3 transportes de entrada
del equipo, en donde se utiliza un guardamotor conectado a la línea principal que protege dentro
de los rangos nominales de corriente del motor, luego se utilizan dos contactores para la inversión
de giro de los motores en donde se invierten dos fases para lograr que los transportes puedan ser
controlados operándolos hacia adelanta y hacia atrás
140
Figura 5.30 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte
1
Figura 5.31 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte
141
2
Figura 5.32 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte
3
En las figuras 5.33, 5.34, 5.35, 5.36, 5.37, 5.38 se visualizan las conexiones de los motores
controlados por variadores de frecuencia, con un guardamotor conectado a la línea principal que
se conecta al variador de frecuencia. La comunicación se realiza por medio de una red Profibus
con el PLC instalado, donde se puede observar la dirección Profibus asignada, y protegidos
cumpliendo con las condiciones de seguridad de los variadores de frecuencia.
142
Figura 5.33 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 1
y Motor soplador 2
Figura 5.34 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 3
y Motor brazo agitador
143
Figura 5.35 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor enfilador
curva y Motor Malla Larga
Figura 5.36 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Malla
Corta y Motor Barredor
144
Figura 5.37 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor enfilador
transporte y Motor Transporte 4
Figura 5.38 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Jirafa y
Motor Elevador
145
También se dibujó en el plano todas las tarjetas de entradas y salidas del PLC Siemens S7
instalado, con la respectiva información acerca del tipo de entrada o salida, acorde con la
normativa mencionada de forma tal que se pudiera tener acceso a la función por medio de una
descripción breve de la entrada o salida, la dirección en el PLC y el tipo de entrada o salida. A
continuación se presentan los planos de las tarjetas del PLC Siemens S7. La nomenclatura
utilizada para identificar las entradas y salidas, es similar a la del Carbo-Cooler, mediante 4
dígitos, donde los dos primeros representan la página en el diagrama eléctrico, y los dos
siguientes el número de entrada o salida.
Las Entradas digitales se presentan en las figuras 5.39-5.44, donde se puede observar el tipo de
entrada de acuerdo al símbolo utilizado de acuerdo a la norma IEC, además también se presentan
las salidas digitales en las figuras 5.45-5.48:
Figura 5.39 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
146
Figura 5.40 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
Figura 5.41 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
147
Figura 5.42 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
Figura 5.43 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
148
Figura 5.44 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales
Figura 5.45 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales
149
Figura 5.46 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales
Figura 5.47 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales
150
Figura 5.48 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales
5.6. Tablero de control
Una vez levantada la información necesaria para la procura de todos los componentes, se
planteó el diseño del nuevo tablero de control con la ubicación de todos los componentes
eléctricos, de forma tal de direccionar al personal electricista en el momento de la puesta en
marcha del proyecto, y no generar retrasos por falta de planificación anticipada. En principio
tenemos que el PLC S7 es alimentado con 24 Vdc, es por esto que se debe utilizar un
transformador en principio que convierta el voltaje de la línea de 480 Vac en 110 Vac, para luego
conectar una fuente de 110 Vac a 24 Vdc de la misma marca Siemens.
En la figura 5.49 se puede observar el diseño del nuevo tablero de control, donde se ubican
todos los elementos con su respectiva identificación correspondiente según el plano eléctrico
realizado que permiten suministrar una ayuda adicional en el momento de alguna intervención del
equipo:
151
Figura 5.49 Diseño de tablero del Despaletizador de línea 1
Después de este trabajo se inició la puesta en marcha del proyecto, desmontando por completo
el tablero eléctrico anterior, e iniciando la instalación del nuevo control a ser utilizado. A
continuación se muestran algunas imágenes (figuras 5.50-5.53) correspondientes al nuevo tablero
de control instalado, en donde se puede diferenciar claramente la mejora en términos de orden
que permita una rápida intervención del equipo en caso de alguna eventualidad:
152
Figura 5.50 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1
A continuación presentamos ayudas visuales que permiten identificar todos los componentes
instalados en el tablero.
Figura 5.51 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes
153
Figura 5.52 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes
Figura 5.53 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Bornera de conexiones
Como se mencionó anteriormente también se sustituyó el panel de control del equipo, por un
Siemens TP177B al igual que en el resto de proyectos anteriores. En la figura 5.54 podemos
observar el panel instalado:
154
Figura 5.54 Panel TP177B en Despaletizador de línea 1 instalado
Con la ayuda de un personal contratado se realizó la programación del nuevo proceso
automatizado del equipo. Se suministró toda la información necesaria levantada previamente, de
forma tal que pudieran plantear la modificación realizada en virtud de los sensores que se
instalaron y del encoder colocado en el elevador.
5.7. Resultados:
Una vez culminada la instalación y la puesta en marcha del proyecto se procedió a estudiar el
comportamiento del equipo en producción, para ajustar los parámetros más relevantes dispuestos
en el panel. En principio se trabajó con el encoder del elevador, de forma tal de conocer el
número de pulsos requerido para ejecutar cualquier operación. Entre las funciones más
importantes realizadas con la información del encoder, se tienen los cambios de velocidad que
experimenta el elevador, se planteó que el elevador debía subir en velocidad alta, y cuando
llegara a un 70 % de su recorrido (conocido por el número de pulsos del encoder) debía cambiar a
velocidad baja, para tener mayor precisión en el barrido de las camadas.
Otro de los parámetros a levantar fue el de retiro del marco, que es cuando la paleta llega a la
parte superior y debe detenerse para que el operador pueda retirar el marco, además de la altura
de la botella en pulsos de encoder con el cual se va realizando el barrido de cada camada,
sumando la altura de la botella en cada paso para barrer satisfactoriamente todas las camadas.
155
En cuanto a la parte de velocidades también fue fundamental realizar el levantamiento de estos
parámetros debido a que, como ya se mencionó anteriormente, en el despaletizador de línea 1 es
crítico el tema de botellas caídas, por lo tanto se levantaron los parámetros de velocidad de cada
motor involucrado en el proceso, con un variador de frecuencia asociado; para lograr optimizar el
proceso productivo. A continuación presentamos los parámetros mencionados (Tabla 5.1) y que
van a servir de referencia base para cualquier intervención en el equipo.
Tabla5.1 Parámetros consolidados del despaletizador de línea 1
5.8. Referencia al manual de operación del equipo:
Al igual que en los proyectos anteriores y cumpliendo con uno de los objetivos fundamentales
de la pasantía se realizó el manual de operación del equipo con el cual además se impartieron los
adiestramientos correspondientes para instruir al personal operador acerca del nuevo control, de
forma tal que se pudiera aceptar la modificación sin que esto representara un problema para ellos,
sino que por el contrario simplificara sus labores de operación. A continuación se presentan
algunas imágenes (figuras 5.55-5.58) de referencia del manual de operación pertenecientes al
156
anexo I del informe:
Figura 5.55 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Menú Principal
Figura 5.56 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Funciones
manuales
157
Figura 5.57 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Cambio de
formato
Figura 5.58 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Secuencia
158
CONCLUSIONES
Los proyectos de automatización planificados, ejecutados y culminados en la Planta Pepsi
Cola Venezuela C.A de San Pedro de los Altos, se cumplieron de manera exitosa, superando
ampliamente los objetivos planteados inicialmente.
La evaluación inicial permite proyectar aumentos en cifras de productividad, para el caso del
proyecto del paletizador, disminuyendo además el índice de fallas del equipo. Se logró
incrementar la vida útil del Carbo-Cooler y despaletizador mediante la actualización del sistema
de control facilitando la operación por parte del personal. En el proyecto de modulación de
velocidades de los transportes se logró disminuir el número de paradas de la línea, incrementando
también la productividad y además evitando la caída de botellas.
Se realizó la validación de los parámetros funcionamiento de cada equipo, que sirven para
restablecer las condiciones óptimas luego de cualquier intervención en mismo. Se actualizaron
además todos los manuales de operación involucrados en los proyectos, permitiendo instruir al
personal de la planta, mediante la realización de adiestramientos, de forma tal que las
modificaciones no representaran un inconveniente para ellos, sino que por el contrario
simplificara sus labores diarias.
159
REFERENCIAS
[1] “Manual Teórico Práctico Instalaciones Eléctricas en Baja Tensión”, Documento
electrónico consultado en http://www.schneiderelectric.es/documents/local/products/ Agosto,
2010.
[2] Manual de funcionamiento VLT. Automation Drive FC300.
[3] Pulido M.Á. Controladores Lógicos Programables, Marcombo, 2004
[4] Manual Simatic S7 300 Siemens
[5] Documento electrónico consultado en http://www.profesormolina.com.ar/
[6] Villaronga, M. Hidráulica plus electrónica: El mundo de la potencia controlada,
Vickers, 1992.
[7] Manual del Panel TP 177A, TP 177B (WinCC flexible), Siemens Simatic HMI.
[8] Documento electrónico consultado en http://www.empresas-polar.com.ve
160
ANEXOS
Los anexos del informe serán presentados a través de un CD que contendrá los siguientes
aspectos:
-Anexo A: Proceso de activación de las válvulas en procedimiento CIP del Carbo-cooler.
-Anexo B: Plano eléctrico del Carbo-cooler
-Anexo C: Manual de operación del Carbo-cooler.
-Anexo D: Plano eléctrico del Paletizador de línea 2, únicamente las modificaciones.
-Anexo E: Manual de operación del Paletizador de línea 2.
-Anexo F: Manual de operación de las líneas transportadoras de envases y paquetes.
-Anexo G: Procedimiento de funcionamiento del despaletizador de línea 1.
-Anexo H: Plano eléctrico del despaletizador de línea 1.
-Anexo I: Manual de operación del despaletizador de línea 1.
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