automatización de dosificadora de químicos n2...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE – GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍAS

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

MENCIÓN EN SISTEMAS INDUSTRIALES

TEMA: AUTOMATIZACIÓN DE DOSIFICADORA DE QUÍMICOS N2 APLICADO A LA EMPRESA DUPOCSA

AUTORES:

GABRIEL ALEJANDRO JÁCOME BRIONES

PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA

DIRECTOR: ING. BYRON LIMA C.

GUAYAQUIL, AGOSTO 2013

II

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, GABRIEL ALEJANDRO JÁCOME BRIONES portador de la cédula de

ciudadanía Nº 0920321395 y PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA portador de la cédula

de ciudadanía Nº 0921137865, estudiantes de la Universidad Politécnica Salesiana

declaramos que la responsabilidad del contenido de esta tesis de Grado, nos

corresponde exclusivamente, y la propiedad intelectual a la Universidad Politécnica

Salesiana.

Guayaquil, Agosto 12 del 2013.

Sr. Gabriel Alejandro Jácome Briones Sr. Pedro José Solís Rivera

C.I. 0920321395 C.I. 0921137865

III

DEDICATORIA

Este trabajo de tesis va dedicado a Dios por todos los favores y bendiciones que me

ha brindado; por ser mí guía por darme fortaleza en los momentos difíciles cuando

estaba a punto de declinar.

A mi papi Alejandro, mi mami Anita, mis hermanos Alejandro y Francisco, por ser

mis pilares fundamentales en toda mi vida estudiantil y en mi inicio como

profesional, por ser parte en el proceso de lograr este objetivo que me propuse en mi

vida.

Dedico parte de este trabajo a mi mamita Otilda, aunque no se encuentre conmigo

físicamente, su presencia espiritual esta siempre a mi lado, por sus consejos, ánimos

que nunca me faltaron y que los guardo en mi corazón.

Gabriel Jácome

IV

DEDICATORIA

Este trabajo de tesis de grado está dedicado a:

Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy,

por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente, por las oportunidades que se han

presentado en la vida y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han

sido mi soporte y compañía durante toda este periodo de estudio.

Mi madre Roberta Rivera, por darme la vida, por su apoyo y esfuerzo realizado para

dejarme la mejor herencia que me pudo dejar que es el estudio. Mamá gracias por

guiarme y dejarme una carrera para mi futuro.

Mi padre Pedro Solís por su esfuerzo realizado en sus labores diarias, por los

consejos y ejemplos de perseverancia que lo caracterizan, por el valor mostrado para

salir adelante en la vida.

Mis hermanos, Javier, Maritza y María, por apoyarme siempre, los quiero mucho.

Mis sobrinos y sobrinas para que veas en mí un ejemplo a seguir.

Mis tíos, primos, abuelos y amigos por su colaboración y apoyo incondicional.

Pedro Solís Rivera

V

AGRADECIMIENTOS

Al Dr. Xavier López con el cargo de Gerente de Producción de la empresa

DUPOCSA por haber permitido que este proyecto se haya efectuado en sus

instalaciones.

Al tutor de tesis Ing. Byron Lima, por sus recomendaciones, atención e interés

efectuado durante la realización del proyecto.

A todo el personal técnico, operarios y supervisores de la empresa DUPOCSA.

A mi compañero de tesis Gabriel Jácome, por la dedicación que tuvo durante la

realización del proyecto.

A mi familia, compañeros y profesores que han aportado de una u otra forma en la

realización del proyecto.

Pedro Solís Rivera

VI

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios desde el fondo de mi corazón por ser mi fortaleza, descanso y

regocijo en mi vida tanto personal como profesional.

Mis padres, a los que más amo por estar siempre a mi lado, por sus enseñanzas y

consejos que me sirvieron para crecer personalmente.

A mis hermanos y no podría faltar este agradecimiento a mi novia Nilda por estar

siempre pendiente de mi, por brindarme todo su amor y cariño, por ser paciente y

comprender y lograr que cumpla mi objetivo.

Gabriel Jácome

VII

ÍNDICE GENERAL CARATULA…………………………………………………………………………I

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD ......................................................... II

DEDICATORIA ........................................................................................................ III

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................. V

ÍNDICE GENERAL.................................................................................................. VII

ABSTRACT ......................................................................................................... XVIII

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 20

CAPÍTULO 1: EL PROBLEMA ............................................................................. 21

1.1 Planteamiento del Problema ................................................................................ 21

1.1.1 Problemas que se presentan al momento de la producción ........................... 21

1.1.2 Delimitación del Problema ........................................................................... 22

1.2 Objetivos ............................................................................................................. 22

1.2.1 Objetivo General ........................................................................................... 22

1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................... 22

1.3 Justificación......................................................................................................... 23

1.4 Hipótesis ............................................................................................................... 24

1.5 Variables e Indicadores ....................................................................................... 25

1.5.1 Cuadro de variables de la envasadora de químicos “N2”.............................. 25

1.6 Marco Metodológico ........................................................................................... 26

1.6.1 Método Deductivo ........................................................................................ 26

1.6.2 Método Inductivo ......................................................................................... 26

1.6.3 Método Científico ......................................................................................... 26

1.7 Población y Muestra ............................................................................................ 27

1.8 Descripción de la Propuesta ................................................................................ 27

1.8.1 Beneficiarios .................................................................................................. 28

1.8.2 Impacto .......................................................................................................... 28

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO .......................................................................... 29

2.1 Generalidades de la Empresa Dupocsa ................................................................ 29

2.1.1 Localidad ................................................................................................. 29

2.1.2 Productos incluidos en el sistema de gestión integrado ........................... 30

VIII

2.2 Principales productos que se elaboran ................................................................ 30

2.3 Gráfica de formulación del glifosato................................................................... 31

2.4 Descripción del Proceso de Trabajo .................................................................... 31

2.4.1 Dosificación ................................................................................................... 31

2.4.2 Diagrama de bloques del proceso de envasado ............................................. 32

2.5 Envasadora manual de químicos ......................................................................... 32

2.6 Casos similares de envasadoras de químicos ...................................................... 34

2.7 Razones para la Automatización de la Envasadora de Químico “N2”. ............. 36

2.8 Automatismo ...................................................................................................... 36

2.8.1 Automatización ............................................................................................ 36

2.8.2 Electricidad Industrial ................................................................................... 36

2.8.3 Controlador Lógico Programable PLC. ......................................................... 37

2.8.4 Simatic HMI. Panel operador OP7 ............................................................... 38

2.8.5 Variador de velocidad................................................................................... 38

2.8.6 Sensores ........................................................................................................ 40

2.8.7 Sensor Magnético .......................................................................................... 40

2.8.8 Sensores de Proximidad ............................................................................... 41

2.8.9 Sensor Fotoeléctrico ...................................................................................... 41

2.8.10 Sensor de Nivel ........................................................................................... 42

2.8.11 Motor Eléctrico ............................................................................................ 42

2.8.12 Relé ............................................................................................................. 43

2.8.13 Neumática ................................................................................................... 43

2.8.14 Actuadores Neumáticos .............................................................................. 43

2.8.15 Cilindros Neumáticos .................................................................................. 44

2.8.16 Cilindros de Doble Efecto ........................................................................... 44

2.8.17 Bomba Neumática ...................................................................................... 45

2.8.18 Válvulas Neumáticas .................................................................................. 45

2.8.20 Unidad de Mantenimiento ....................................................................... 46

2.8.21 Manguera y Racores ................................................................................ 47

2.8.22 Sistemas Electro neumáticos ................................................................... 47

2.8.22 Electroválvulas ........................................................................................... 48

2.8.23 Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente cerrada. ................ 49

2.8.24 Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente abierta. ............... 50

2.8.25 Boquilla Hidráulica. ................................................................................. 50

IX

2.8.26 Tanque de Almacenamiento. ....................................................................... 51

CAPÍTULO 3: DISEÑO DE CONTROL DE LA MÁQUINA ENVASADORA N2

.................................................................................................................................... 53

3.1 Sistema de Control General, para el proceso de Dosificado en la Máquina

Envasadora "N2" ........................................................................................................ 53

3.2 Transportación y Detección de Botellas ........................................................... 54

3.3 Llenado del Reservorio ....................................................................................... 55

3.4 Dosificación del Químico ................................................................................... 55

3.5 Evacuación de las Botellas ................................................................................... 56

3.6 Sistema de Control de Envasadora N2 .............................................................. 56

3.6.1 Conexiones de la CPU 224 ......................................................................... 57

3.6.2 Características de las Entradas de la CPU 224 ............................................. 58

3.7 Panel Operador HMI OP7 .................................................................................... 59

3.7.1 Conexiones del HMI ..................................................................................... 61

CAPÍTULO 4: INSTALACIÓN DEL SISTEMA .................................................... 62

4.1 Instalación del Tanque de la Máquina Envasadora "N2" .................................... 62

4.1.1 Instalación del Sistema de Control para el llenado del tanque .................... 62

4.1.2 Instalación bomba neumática ....................................................................... 64

4.1.3 Conexiones de la bomba neumática .............................................................. 64

4.2 Instalación de la Banda Transportadora ............................................................... 65

4.2.1 Motor de Banda Transportadora ................................................................... 66

4.3 Instalación del Variador de Velocidad ................................................................ 67

4.3.1 Conexiones del variador ................................................................................ 68

4.3.2 Configuración del variador de velocidad ..................................................... 68

4.4 Instalación de Sensor Fotoeléctrico ................................................................... 70

4.4.1 Instalación de Traba de Entrada .................................................................... 71

4.4.2 Instalación de Traba de Salida ...................................................................... 71

4.5 Instalación de Boquillas ...................................................................................... 72

4.5.1 Sistema de Boquillas ..................................................................................... 72

4.5.2 Sistema de Elevación del Banco de Boquillas .............................................. 73

4.7 Instalación de la Unidad de Mantenimiento de Aire Comprimido ..................... 75

X

4.7 Instalación de Electroválvulas............................................................................. 75

4.8 Instalación de Tablero de Eléctrico ..................................................................... 76

CAPÍTULO 5: PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE LA

MÁQUINA ENVASADORA N2. ............................................................................. 77

5.1 Diagrama de Flujo de la Máquina Envasadora N2 ........................................... 77

5.2 Direcciones de las entradas y salidas del programa. ......................................... 80

5.3 Direcciones de Memorias, contadores y temporizadores del programa ............. 80

5.4 Programa de Control de la Máquina Envasadora N2 en Micro/win 32 ............. 81

5.4.1 Programa Principal ....................................................................................... 81

5.4.2 Recetas del Programa .................................................................................... 83

5.5 Funcionamientos de los estados de la máquina envasadora "N2" ....................... 85

5.5.1 Secuencia de la Máquina .............................................................................. 85

5.5.2 Llenado del tanque de la envasadora N2 ...................................................... 86

5.5.3 Traba de entrada Retraída ............................................................................. 87

5.5.4 Traba de Salida Extendida. ........................................................................... 88

5.5.5 Banda Transportadora Encendida ................................................................. 88

5.5.6 Habilitación del Sensor de entrada de botellas .............................................. 88

5.5.7 Traba de entrada extendida. ......................................................................... 89

5.5.8 Banda Transportadora OFF ......................................................................... 90

5.5.9 Sellado de las Boquillas ............................................................................... 90

5.5.10 Tiempo de Llenado. ..................................................................................... 91

5.5.11 Pistón de Sellado Extendido ........................................................................ 93

5.5.12 Traba de salida Retraída ............................................................................. 93

5.5.13 Banda transportadora ON ............................................................................ 93

5.6 Programación del HMI "OP7" .......................................................................... 96

5.6.1 Configuración de recetas en el panel operador. ............................................. 96

5.6.2 Configuración Mediante Simatic Protool / Pro CS V6.0 ............................. 96

5.6.3 Creación de proyecto En Simatic Protool/ Pro CS V6.0 ............................. 97

5.6.4 Creación de variables en protool. ................................................................ 100

5.6.5 Creación de Imagen en Protool. .................................................................. 101

PRESUPUESTO ...................................................................................................... 103

XI

CONCLUSIONES ................................................................................................... 104

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 105

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................................... 108

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 111

ANEXO 1 ................................................................................................................. 113

CARACTERÍSTICAS Y DATOS TÉCNICOS DE LA CPU 224 .......................... 113

ANEXO 2 ................................................................................................................. 116

MANUAL DE USUARIO DE LA MÁQUINA ENVASADORA N2 .................... 116

ANEXO 3 ................................................................................................................. 129

MANUAL DE FALLAS Y POSIBLES SOLUCIONES ........................................ 129

ANEXO 4 ................................................................................................................. 137

PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC. ............................................................... 137

ANEXO 5 ................................................................................................................ 165

DIAGRAMAS ELÉCTRICOS, NEUMÁTICO Y MECÁNICO DE LA MÁQUINA

ENVASADORA N2. ............................................................................................... 165

XII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

CAPÍTULO 1 Gráfico 1.1 Máquina envasadora “N2” antes de la automatización ........................... 23 CAPÍTULO2 Gráfico 2.1: Instalaciones de la Planta Dupocsa ....................................................... 30

Gráfico 2.2: Gráfica de formulación del glifosato .................................................... 31

Gráfico 2.3: Marcas principales productos que se elaboran en Dupocsa .................. 31

Gráfico 2.4: Diagrama de bloques del proceso de envasado .................................... 32

Gráfico 2.5: Sistema de boquillas usadas en la máquina anteriormente .................... 33

Gráfico 2.6: Máquina Envasadora " N2" ................................................................... 33

Gráfico 2.7: Diagrama de bloque de un PLC ............................................................ 37

Gráfico 2.8: Panel Operador OP7 .............................................................................. 38

Gráfico 2.9: Variador de Velocidad ........................................................................... 39

Gráfico 2.10: Sensor Magnético ................................................................................ 40

Gráfico 2.11: Sensor Óptico ....................................................................................... 41

Gráfico 2.12: Motor Eléctrico .................................................................................... 42

Gráfico 2.13: Relé ...................................................................................................... 43

Gráfico 2.14: Cilindros Neumáticos .......................................................................... 44

Gráfico 2.15: Válvulas Neumáticas ........................................................................... 46

Gráfico 2.16: Símbolo de unidad de mantenimiento ................................................. 47

Gráfico 2.17: Bobinas de electroválvulas .................................................................. 49

Gráfico 2.18: Electroválvula normalmente cerrada ................................................... 50

Gráfico 2.19: Boquilla de la Máquina N2 .................................................................. 51

Gráfico 2.20: Tanque de Máquina Envasadora N2 .................................................... 52

CAPÍTULO 3 Gráfico 3.1: Sistema general del proceso de dosificado ........................................... 53

Gráfico 3.2: Diagrama de bloque de Subprocesos de la Máquina Envasadora N2... 54

Gráfico 3.3: Transportación y detección de las botellas ............................................ 54

Gráfico 3.4: Tanque de almacenamiento ................................................................... 55

Gráfico 3.5: Reservorio de la máquina ..................................................................... 55

Gráfico 3.6 Dosificación del producto ...................................................................... 56

Gráfico 3.7: CPU 224 Siemens .................................................................................. 57

Gráfico 3.8 Conexiones de alimentación del autómata S7-200 ................................. 57

Gráfico 3.9: Conexiones Eléctricas del PLC S7200 .................................................. 58

XIII

Gráfico 3.10: Teclado del HMI OP7 .......................................................................... 60

Gráfico 3. 11: Puerto de comunicación del HMI ....................................................... 61

Gráfico 3.12: Configuración del puerto de comunicación ........................................ 61

CAPÍTULO 4

Gráfico 4.1: Tanque de Máquina Envasadora N2 ...................................................... 62

Gráfico 4.2: Control de nivel por electrodos .............................................................. 63

Gráfico 4.3: Relé de nivel C-AFR CAMSCO ........................................................... 64

Gráfico 4.4: Bomba neumática de diafragma ............................................................ 64

Gráfico 4.5: Conexiones de la bomba neumática....................................................... 65

Gráfico 4. 6: Banda transportadora ............................................................................ 66

Gráfico 4.7: Motor de banda transportadora ............................................................. 66

Gráfico 4.8: Variador de velocidad ATV ................................................................... 67

Gráfico 4. 9: Diagrama de Cableado del Variador ..................................................... 68

Gráfico 4.10: Configuración de Parámetros Variador ATV12H037M2 .................... 68

Gráfico 4.11: Tipo de control del variador................................................................. 69

Gráfico 4.12: Ubicación del sensor óptico ................................................................. 70

Gráfico 4.13: Ubicación de las botellas en posición de llenado ................................ 71

Gráfico 4.14: Ubicación de las 8 boquillas ................................................................ 72

Gráfico 4.15: Mango de Calibración de base de boquillas ....................................... 73

Gráfico 4.16: Unión mecánica entre el pistón y base de banco ................................ 73

Gráfico 4.17: Válvulas de Estrangulamiento ............................................................ 74

Gráfico 4.18: Sensor magnético, ubicado en cilindro neumático .............................. 74

Gráfico 4.19: Traba de salida ..................................................................................... 72

Gráfico 4.20: Unidad de mantenimiento y regulador de presión ............................... 75

Gráfico 4.21: Banco de electroválvulas .................................................................... 75

Gráfico 4.22: Tablero Eléctrico.................................................................................. 76

CAPÍTULO 5

Gráfico 5.1: Diagrama de Flujo ................................................................................ 77

Gráfico 5.2: Diagrama de Flujo ................................................................................ 78

Gráfico 5.3: Diagrama de Flujo ................................................................................. 79

Gráfico 5.4: Impresión Pantalla de Programa MicroWin ........................................ 82

Gráfico 5.5: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin .................................... 82

Gráfico 5.6: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ..................................... 83


XIV


Gráfico 5.9: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin .................................... 85

Gráfico 5.10: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 86





















Gráfico 5.31: Cuadro Esquemático de Fases de Configuración y Dirección de

Procesos ..................................................................................................................... 97

Gráfico 5.32: Selección del equipo en el asistente de configuración ......................... 98

Gráfico 5.33: Configuración del dispositivo .............................................................. 98

Gráfico 5.34: Finalización de la Configuración ......................................................... 99

Gráfico 5.35: Configuración de Parámetros............................................................... 99

Gráfico 5.36: Creación de las Variables .................................................................. 100

Gráfico 5.37: Listas de variables creadas ................................................................. 101

Gráfico 5.38: Imagen del Programa ......................................................................... 101

Gráfico 5.39: Campo de Entrada /Salida ................................................................. 102

XV

ANEXO 1

Anexo 1 Gráfico 1 CPU 224 ................................................................................................ 114

ANEXO 2

Anexo 2 Gráfico 1 Máquina Envasadora N2 ...................................................................... 117

Anexo 2 Gráfico 2 Envasadora de Químicos N2, Calibración de boquillas ........................ 118

Anexo 2 Gráfico 3 Manual de Envasadora de Químicos N2, Mensaje de Inicio ................ 119

Anexo 2 Gráfico 4 Teclado de panel operador .................................................................... 119

Anexo 2 Gráfico 5 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de Opciones ............... 119

Anexo 2 Gráfico 6 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de Test Actuadores .... 120

Anexo 2 Gráfico 7 Manual de Envasadora de Químicos N2, Mensaje de Salida ................ 120

Anexo 2 Gráfico 8 Manual de Envasadora de Químicos N2, Calibración de la Altura de

Boquillas .............................................................................................................................. 120

Anexo 2 Gráfico 9 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de Receta .................. 121

Anexo 2 Gráfico 10 Menú de Configuración de Cantidad de botellas a Ingresar .............. 121

Anexo 2 Gráfico 11 Menú de Configuración del Tiempo de Llenado ................................. 121

Anexo 2 Gráfico 12 Menú de Configuración de Tiempo de Vacío ..................................... 122

Anexo 2 Gráfico 13 Menú de Configuración de Tiempo de Retardo del Pistón de Salida.. 122

Anexo 2 Gráfico 14 Menú de Configuración de Retardo de la Banda Transportadora ...... 122

Anexo 2 Gráfico 15 Menú de Configuración de Retardo de Pistón de Entrada .................. 122

Anexo 2 Gráfico 16 Mensaje Para Guardar la Configuración Realizada ........................... 123

ANEXO 3

Anexo 3 Gráfica 1 Manual de fallas ........................................................................ 130



Anexo 3 Gráfica 4 Manual de fallas, Figura de traba de salida ............................... 132

Anexo 3 Gráfica 5 Manual de fallas, Figura de electroválvula de traba de salida ... 132

Anexo 3 Gráfica 6 Manual de fallas, Figura de sensor de entrada, ubicado al inicio

del área de dosificación ............................................................................................ 133

Anexo 3 Gráfica 7 Manual de fallas, Figura de cilindro de banco de dosificación de

máquina envasadora “N2”........................................................................................ 134

Anexo 3 Gráfica 8 Manual de fallas, Figura de bomba neumática, generalmente

usada para aplicaciones de traslado de químicos ..................................................... 135

Anexo 3 Gráfica 9 Manual de fallas, Figura de OP7, ubicado en el panel de control

de la envasadora “N2” .............................................................................................. 135

XVI

ANEXO 5

Anexo 5 Gráfica 1: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 166





Anexo 5 Gráfica 6: Planos Estructural de Máquina Envasadora ............................ 171

Anexo 5 Gráfica 7: Plano Estructural de Máquina Envasadora .............................. 172



Anexo 5 Gráfica 10: Plano Estructural de Máquina Envasadora ............................ 175

Anexo 5 Gráfica 11: Plano Estructural de Máquina Envasadora ............................ 176

XVII

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO 1

Tabla 1.1: Identificación de la máquina ..................................................................... 25

Tabla 1.2: Identificación técnica de la máquina......................................................... 25

Tabla 2.1: Longitudes de carreras normalizadas …………………...……………….45

CAPÍTULO 2

Tabla 4.1: Tabla de datos de motor de banda transportadora….…..……………….69

Tabla 4.2: Configuración del Variador de Velocidad………………………………70

CAPÍTULO 3

Tabla 5.1: Dirección de Entradas para el programa de control……………..………80

Tabla 5.2: Dirección de Salidas para el programa de control…………….…………80

Tabla 5.3: Contador para el programa de control..…………… . …………………..80

Tabla 5.4: Temporizadores para el programa de control..…………………………..81

Tabla 5.5: Parámetros para dosificar envases de 1 litro…………………………..…84

Tabla 5.6: Variables utilizadas en el programa de control……………………..… 100

PRESUPUESTO

Tabla 1 Presupuesto total de la Máquina envasadora “N2” ................................................. 103

ANEXO 1

Anexo 1 Tabla 1: Características de software de CPU 224 Familia S7-200 ........... 114

Anexo 1 Tabla 2: Características de Hardware de CPU 224 Familia S7-200 ......... 114

Anexo 1 Tabla 3: Características destacadas de CPU 224 Familia S7-200 ............ 115

Anexo 1 Tabla 4: Características técnicas del CPU 224 Familia S7-200 ............... 115

ANEXO 2

Anexo 2 Tabla 1 Manual de Envasadora de Químicos N2 ...................................... 126



XVIII

ABSTRACT AÑO ALUMNO/S DIRECTOR DE

TESIS TEMA TESIS

2013 GABRIEL ALEJANDRO JÁCOME BRIONES PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA

ING. BYRON LIMA. AUTOMATIZACIÓN DE

DOSIFICADORA DE

QUÍMICOS N2

APLICADO A LA

EMPRESA DUPOCSA

El proyecto de tesis realizado tuvo como finalidad la automatización de una

máquina dosificadora de químicos conocida como “N2” para la empresa Dupocsa,

cuya aplicación es para dosificar productos químicos como herbicidas en botellas

tipo pet de tamaño de 1/2 litro, 1 litro y 1 galón, para el funcionamiento automático

de todos los subprocesos de la máquina se a implementando un controlador lógico

programable PLC cuyo programa controla los siguientes subprocesos transportación

de las botellas, detección de las botellas, llenado del reservorio, dosificación del

producto y evacuación de las botellas. Para ingresar y modificar las recetas de

funcionamiento de la máquina se ha considerado un panel operador OP7 que se

maneja a través de teclado, también se eligieron adecuadamente sensores, relé,

variador de frecuencia, cilindros y accesorios neumáticos, switches, botones, motor

eléctrico, fuente de poder, breaker, contactores, conectores, cables eléctrico válvulas

y mangueras. El estudio del funcionamiento de cada uno de estos dispositivos

ayudo a seleccionar su utilización dentro del sistema de la máquina. La culminación

del proyecto fue alcanzada una vez que se realizó las pruebas con los productos

Paraquat y Glifosato en envases de 1 litro y de 1 galón. Se logró obtener un equipo

moderno, flexible de fácil manejo para el operador y se instaló en línea junto con

las demás máquinas que realizan el sellado y etiquetado de las botellas.

PALABRAS CLAVES.

Automatización / dosificación / control de nivel / envases / banda transportadora

/sensores / recetas/ volumen/ peso/ boquillas / glifosato / paraquat / PLC/ HMI.

XIX

ABSTRACT YEARS STUDENT /S THESIS DIRECTOR THESIS TOPIC 2013 GABRIEL

ALEJANDRO JÁCOME BRIONES PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA

ING. BYRON LIMA.

AUTOMATION OF

CHEMICAL DOSING N2

APPLIED IN THE

DUPOCSA COMPANY

This thesis had as objective the automation of a chemical dispenser machine known

as “N2” for an Enterprise called Dupocsa, its application is to dose chemical

products such as herbicides in pet bottles in ½ little, 1 little and 1 gallon, for the

automation of all the sub processes of the machine was added a PLC in which the

program control the following sub processes: transportation and detection of the

bottles, filling the reservoir, dosage of the product and evacuation of the bottles.

To get in and modify recipes for machine operation has been considered a OP7

operator panel that is handled through of keyboard, Too sensors adequately

chosen,relay, frequency variator, cylinders, neumatic accessories, switches, buttons,

electric motor, power supply, breaker, counters, electrical wires, connectors, valves and

hoses.

The study of the performance of each device helped to choose their usage inside the

machine system. The end of the project was reached after doing the test with the

products “Paraquat and Glifosato” in 1 liter and 1 gallon containers.

The results that were accomplished were modern equipment, flexible, easy usage for the operator and it was installed online next to the other machines that makes the sealing and labeled of the bottles.

KEYWORDS

Automatización / dosificación / control de nivel / envases / banda transportadora

/sensores / recetas/ volumen/ peso/ boquillas / glifosato / paraquat / PLC/ HMI.

20

INTRODUCCIÓN

Dupocsa, es una empresa que se dedica a la producción y comercialización de

productos y servicios de alta calidad para la agricultura; sus instalaciones se

encuentran ubicada en el Km 1.5 Vía Durán Tambo, Guayaquil- Ecuador.

En Dupocsa para el proceso de envasado de sus productos herbicidas se utilizaban

dos máquinas envasadoras llamadas N1 y N2, el proceso de dosificado con estas

máquinas se lo realizaba manualmente, es decir que la persona que trabajaba en la

máquina le correspondía estar pendiente de todo el proceso de dosificado, además

existían limitaciones al momento de realizar el proceso de dosificación del

producto, no se alcanzaba obtener el peso o volumen correcto en los envases esto

ocasionaba que se tenga que verificar el peso por medio de una balanza electrónica

y de acuerdo al peso medido completar o quitar producto del envase, lo que

provocaba que el proceso se haga más lento generando perdidas en el tiempo de

producción y aumento de mano de obra para la elaboración de sus productos.

Debido a estos inconvenientes que presentaban las máquinas envasadoras N1 y N2

la empresa Dupocsa decide automatizar la máquina envasadora N2 con la finalidad

de mejorar su tiempo producción.

Para la realización de este proyecto de automatización de la envasadora de químicos

“N2” se ha considerado obtener una máquina flexible por lo tanto se ha instalado un

panel operador OP7 para manejo e ingreso de parámetros de trabajo de la máquina,

el control se lo realiza mediante un PLC S7-200 CPU 224, los actuadores

neumáticos son controlado por electroválvulas, utiliza un sensor óptico para detectar

las botellas a su ingreso, sensor de nivel para controlar el llenado del tanque de la

máquina cuya capacidad de almacenamiento se la aumento a 250 litros, la velocidad

de la banda transportadora es regulable ya que es controlada por un variador de

velocidad, se construyeron 8 boquillas lo que permite dosificar mayor cantidad de

envases por minuto y garantizar el peso o volumen requerido para cada envase desde

1/2 litro, 1litro y 1galón (3.88 litros).

21

CAPÍTULO 1: EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema

En la empresa de químicos DUPOCSA, se realizaba trabajos de procesamiento y

envasado de sus productos en botellas tipo pet en una máquina obsoleta, la

producción por hora era de 400 litros aproximadamente, debido a que solo tenía 4

boquillas y el envasado del producto era irregular provocando que el peso de los

envases no llegue a el valor establecido por el control de calidad, para obtener el

peso adecuado se procedía a rellenar y pesar manualmente las botellas provocando

pérdida de tiempo y mano de obra en la elaboración del producto, como también

existía riesgos de derrame del producto provocando contaminación en la línea de

producción que podría poner en riesgo la salud de los obreros que laboran en la

planta debido a que el producto es un herbicida.

1.1.1 Problemas que se presentan al momento de la producción

Los problemas que se representan una limitante al momento de trabajar con la

envasadora “N2” son los siguientes:

� La producción de la máquina envasadora era muy baja debido a que el

equipo no se lograba calibrar para obtener el peso correcto en los envases de

litro y galón y se debía completar manualmente hasta obtener el peso

correcto.

� EL llenado del tanque no era controlado, puesto que el operador tiene que

estar fijando su atención hacia el nivel del tanque y maniobrando

manualmente la bomba para controlar el llenado del tanque.

� La capacidad del tanque era de 50 litros, esta limitación provoca que solo se

pueda utilizar 4 boquillas para dosificar.

� La Velocidad de la banda transportadora era fija, provocando pérdida de

tiempo en la producción ya que la máquina trabaja a una sola velocidad.

22

� Existía derrame de producto durante el proceso de dosificado.

� El panel operador se manejaba mediante pulsadores y switches.

1.1.2 Delimitación del Problema

El proyecto se realizará en la empresa Dupocsa ubicada en el Km 1.5 Vía Durán

Tambo, en el área de fertilizantes la fecha de inicio es 4 marzo 2012 del hasta la

fecha actual.

1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo General

Realizar la automatización de la envasadora de químicos "N2" en la empresa

Dupocsa, con la finalidad de obtener una máquina moderna capaz de controlar cada

uno de sus procesos, y que sea capaz de acoplarse a la línea de envasado de los

productos herbicidas como son el Glifosato y Paraquat, en presentaciones 1/2 litro, 1

litro y 1 galón, garantizando el peso o volumen correcto de cada envase dosificado,

reduciendo la cantidad de manos de obra, ahorro de tiempo y materias prima

durante el proceso de dosificado.

1.2.2 Objetivos Específicos

� Realizar un levantamiento técnico sobre el funcionamiento actual de la

máquina dosificadora de químicos conocida como “N2”, encontrando sus

falencias y delimitaciones que presenta la máquina en la línea de producción.

� Realizar un bosquejo sobre condiciones, características y funcionamiento de

la máquina Dosificadora "N2".

� Diseñar los planos eléctricos, neumático, mecánico para el nuevo diseño de

la máquina dosificadora "N2".

� Cotizar materiales y elementos a utilizar en el proyecto.

� Diseñar y construir las boquillas de la máquina.

� Implementar el proyecto de la máquina envasadora "N2".

23

� Realizar el programa de control del PLC para la máquina.

� Realizar el programa del HMI de la máquina.

� Calibrar parámetros de tiempo para secuencia del funcionamiento de la

máquina.

� Realizar la instalación de la máquina en la línea de producción.

� Realizar las pruebas en la máquina.

� Calibrar el tiempo de llenado para envases de litro y galón con producto

Paraquat.

� Calibrar el tiempo de llenado para envases de litro y galón con producto

Glifosato.

� Capacitar al personal técnico y operador sobre el funcionamiento de la

máquina.

1.3 Justificación En la empresa Dupocsa se utilizaba la envasadora "N2" para dosificar productos

herbicidas. Esta máquina no permite satisfacer una producción anual o llegar a las

expectativas proyectadas debido a que es una máquina manual de tecnología

antigua, ocasionando que exista muchas pérdidas tanto de materia prima y de

recursos humanos porque se utiliza demasiado personal en el proceso de dosificado.

Fuente: Empresa Dupocsa, 2012

Gráfico 1.1 Máquina envasadora “N2” antes de la automatización

24

Al realizar el estudio técnico-productivo de esta Máquinaría en su estado actual, los

resultados de producción no son satisfactorio.

Mediante la realización del estudio pro-mejoras de este equipo se están logrando

duplicar la producción y obtener una línea de envasado completa y automática que

permite realizar todo el proceso de producción pasando por las siguientes etapas

dosificado, sellado de las botellas y etiquetado. En la rehabilitación de esta máquina

se logra que su funcionamiento sea más amigable y de fácil compresión para el

personal operador.

En las Máquinarías o líneas de producción el uso de tecnología de punta representan

para las empresas mejores ingresos económicos, menor cantidad de pérdidas en el

tiempo, como en el envasado de los productos y algo muy importante es que reduce

considerablemente el uso de mano de obra para esta labor, con esto las empresas

tienen o disponen de tiempo y de personal para la fabricación de otros productos y

así mejorar sus rentabilidades.

1.4 Hipótesis Con la automatización de la máquina dosificadora "N2" se logrará dosificar 900

litros por hora logrando duplicar la producción, el volumen y peso de los envases

dosificados tiene un rango de tolerancia del +/- 0.5 % del peso requerido, la

máquina realizara sus procesos de dosificado automáticamente y se podrá seleccionar

la cantidad y tamaño de botellas de entrada que se desee envasar por grupo, la

máquina envasadora "N2" se acopla para trabajar en línea con la selladora y

etiquetadora para completar todo el proceso de producción, se requiere de una sola

persona para operar el equipo lo que ayudará a bajar el costo de la producción y

mejorar el uso o disposición del personal en la línea de producción, también se

reduciría la cantidad de desperdicio de producto, todos estas variables ayudan a tener

mayor ganancia o rentabilidad a la empresa.

A continuación se muestran tablas con las variables e indicadores que se tomaron en

cuenta en la Máquina envasadora de químicos “N2”.

25

1.5 Variables e Indicadores

1.5.1 Cuadro de variables de la envasadora de químicos “N2”.

IDENTIFICACIÓN MAQUINARÍA LLENADORA N2 Variables de trabajo

Numero de boquillas 8

Tiempo de llenado

Depende del envase a

utilizarse

Tiempo pistón de entrada 4 segundo

Tiempo pistón de salida 7 segundo

Tiempo encendido banda

transportadora 2.5 segundo

Tiempo Off Máquina 2 segundos

Velocidad Máquina (1 litro) 16 botellas x minuto

Tabla 1.1: Identificación de la máquina Fuente: Los autores, 2013.

IDENTIFICACIÓN TÉCNICA-

MAQUINARÍA LLENADORA N2

Equipo actual:

Válvulas operativas 8

Voltaje de alimentación 220VAC

N. De operadores en línea 3

Capacidad tanque de envasadora 250 litros

Velocidad de la banda 0 a 10 mts por min.

Control de llenado del tanque Automático

Técnica de envasado Por recirculación producto

Medidas de la máquina

3052 mm longitud x 2300

mm altura x 770 mm

ancho

Velocidad producción 16 envases x min.

Tipo de estructura de la máquina Acero inoxidable

Tabla 1.2: Identificación técnica de la máquina Fuente: Los autores, 2013

26

1.6 Marco Metodológico Para el desarrollo de este proyecto se hizo uso del método científico, utilizando los

siguientes parámetros el sistema de dosificado mediante recirculación de fluidos.

1.6.1 Método Deductivo

La producción de químicos para el uso agrícola y la competencia de empresas a nivel

nacional que se dedican a estas actividades nos llevan a dirigir la mirada hacia la

empresa Dupocsa, que contaba con equipos de tecnología antigua y anti técnicos

para el envasado de productos en cualquiera de sus presentaciones.

Los datos de producción obtenidos por esta empresa nos ayudan a deducir sus

falencias y problemas que tienen en el último proceso de su producción que es el

envasado de herbicidas.

1.6.2 Método Inductivo

En el área de envasado de herbicida estaba ubicada la máquina envasadora de

químicos “N2”, su producción por minutos en las condiciones anteriores era de 12

botellas por minutos, teniéndose los siguientes problemas:

� Baja velocidad de producción.

� Alto desperdicio de materia prima al momento del trabajo del equipo,

máquina deformaba los envases.

� Gran demanda de personal operador al momento de utilizar el equipo.

� Desperdicio de tiempo al momento de trabajar con la máquina, equipo no

sincronizado al momento de funcionar.

1.6.3 Método Científico

Para la automatización de esta máquina se investigo un método de envasado que sea

idóneo para el tipo de producto que se envase en esta máquina, la cual sea fácil de

usar, económico y novedoso, teniendo en cuenta que el producto de mayor demanda

que ellos producen es el glifosato.

27

Una cualidad de este producto es su alta espumosidad al momento del transporte,

almacenaje y envasado.

Se estudió varias formas o técnicas utilizadas en procesos de envasado de productos

espumosos y se encontró que el SISTEMA DE DOSIFICADO MEDIANTE

RECIRCULACIÓN DE FLUIDOS , es el más apropiado por su técnica de utilizar

tanque elevado, boquillas diseñadas para este propósito y porque la presión de fluido

que se maneja al momento del dosificado es constante, esto se logra automatizando

el control de nivel de fluido en el tanque de la máquina.

1.7 Población y Muestra

En el proceso de envasado se puede señalar como población a todos los

departamentos que comprenden la empresa Dupocsa como son: producción,

mantenimiento, bodega, laboratorio, control de calidad.

Y como muestra se puede indicar al departamento de producción, en relación al uso

diario que le dan al equipo para lograr los objetivos y parámetros en sus procesos.

1.8 Descripción de la Propuesta

La modernización o automatización de la envasadora de químicos “N2”, se realizara

utilizando elementos de últimas tecnologías, de fácil manejo y amigables para operar

por parte de los usuarios.

Se utilizara tecnología Siemens, la cual es familiar para la empresa, puesto que se

encuentra presente en el control de diferentes procesos y Maquinarías.

Se empleara el uso de OP7 (panel operador) para el ingreso de las variables de

trabajo dependiendo del producto y el tipo de envase a utilizar, este programa es

amigable y de fácil uso, lo que garantiza su fácil comprensión por parte de los

operadores y personal técnico al momento de la puesta en marcha y calibraciones

del equipo.

28

En el rediseño de la máquina se tomo en cuenta ciertos aspectos como son: ajuste de

altura de las boquillas, para calibrar los diferentes envases que se utiliza, facilidad

para limpieza de la máquina tanto interna como externamente por parte de los

operadores, ingreso de parámetros de funcionamiento, aumento de ingreso de mas

botellas al momento del envasado en comparación al estado anterior de la máquina.

Con esto se lograra reducir pérdidas tanto de tiempo, materia prima y sobre todo el

ahorro de personal operador al momento del envasado de los productos en sus

diferentes presentaciones.

1.8.1 Beneficiarios

Uno de los principales beneficiarios de las mejoras realizadas a esta envasadora de

químicos “N2”, es la empresa Dupocsa, porque verá aumentada sus parámetros de

producción y reducidos sus índices de pérdida de tiempo, uso de mano de obra y de

materia prima.

El departamento de producción tendrá mejores índices de producción en el área de

herbicidas.

1.8.2 Impacto

Lograr que las pérdidas que se tenía al tener una máquina envasadora obsoleta y de

antigua tecnología sean reducidas considerablemente al tener un equipo totalmente

productivo y de fácil manejo de acuerdo a las necesidades de los usuarios de la

empresa se logra tener un impacto beneficioso que ayudara a que los objetivos y

metas trazados por los niveles de producción sean superados fácilmente.

29

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

2.1 Generalidades de la Empresa Dupocsa

Dupocsa, Productores Químicos para el Campo S.A. (DUPOCSA), fue fundada en

Mayo de 1987. Dupocsa inicia operaciones como distribuidora de Crystal Chemical

Inter-América, empresa que fue fundada en 1958 en Houston, Texas, que se

posicionó en el mercado latinoamericano como un productor de agroquímicos de alta

calidad, principalmente propanil.

A partir de 1992, Dupocsa instala su planta de síntesis y formulación de

agroquímicos en Ecuador, y empieza a producir localmente propanil, paraquat y

glifosato bajo licencia de Crystal Chemical Inter-América, distribuyendo en

exclusiva los productos Crystal Chemical en el país, razón por la cual se la conoce en

el mercado como DUPOCSA o Crystal Chemical del Ecuador. En la documentación

que emite la empresa tanto interna como externa se puede utilizar cualquier de los

nombres antes mencionados.

Dupocsa comienza a formular diversos herbicidas, insecticidas, fungicidas y

Fertilizantes foliares sólidos y líquidos.

Dupocsa cuenta hoy en día con más de 200 registros de 40 diferentes ingredientes

activos en más de 12 países. Todos estos factores han contribuido a la aceptación de

los productos Crystal Chemical por parte del distribuidor y Agricultor

latinoamericano.

2.1.1 Localidad

La compañía cuenta con un terreno industrial de 8000 mts2, que se encuentra

ubicado en la provincia del Guayas, cantón Durán, en la parroquia Tarquí a la altura

del Km. 1.5 Vía Durán - Tambo; en la zona industrial. Las instalaciones de los

galpones cuentan con todas las facilidades físicas y técnicas para realizar la actividad

industrial.

30

La ubicación de la planta permite la distribución y comercialización de los productos

para el mercado local y provincial.

Gráfico 2.1: Instalaciones de la Planta Dupocsa

Fuente: www.dupocsa.com, 2009

2.1.2 Productos incluidos en el sistema de gestión integrado

El Sistema de Gestión Integrado de DUPOCSA incluye los siguientes productos:

• Insecticidas

• Fungicidas

• Herbicidas

• Fertilizantes

2.2 Principales productos que se elaboran

El glifosato (N-fosfonometilglicina, C3H8NO5P, CAS 1071-83-6) es un herbicida no

selectivo de amplio espectro, desarrollado para eliminación de hierbas y de arbustos,

en especial los perennes. Es un herbicida total. Es absorbido por las hojas y no por

las raíces. Se puede aplicar a las hojas, inyectarse a troncos y tallos, o asperjarse a

tocones como herbicida forestal.

La aplicación de glifosato mata las plantas debido a que suprime su capacidad de

generar aminoácidos aromáticos.

El glifosato es el principio activo

producido por Monsanto

países el evento "40

glifosato. Aunque existen actualmente muchos otros tipos de cultivo resistentes al

glifosato como maíz, algodón, canola, etc.

(Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Glifosato

2.3 Gráfica de formulación del glifosato

Gráfico 2.

Fuente:

2.4 Descripción del

2.4.1 Dosificación

La utilización de máquina

boquillas manuales, sistema de llenado

mangueras tanto para la parte hidráulica y neumática inadecuados para el proceso

tanto para el producto a envasar.

31

principio activo del herbicida Roundup (

Monsanto, cuya patente expiró en 2000). Monsanto patentó en algunos

países el evento "40-3-2" en la soja transgénica, el cual confiere

Aunque existen actualmente muchos otros tipos de cultivo resistentes al

glifosato como maíz, algodón, canola, etc.

http://es.wikipedia.org/wiki/Glifosato)

Gráfico 2.2: Gráfica de formulación del glifosato Fuente: http://File:Glyphosate.svg?uselang=es

ráfica de formulación del glifosato

Gráfico 2.3: Marcas principales productos que se elaboran en Dupocsa

Fuente: http://www.dupocsa.com/content/fertilizantes

Proceso de Trabajo

máquinas dosificadoras con sistemas análogos, con la utilización de

boquillas manuales, sistema de llenado del tanque de forma inadecuada.


tanto para el producto a envasar.

(nombre comercial

). Monsanto patentó en algunos

, el cual confiere resistencia al

Aunque existen actualmente muchos otros tipos de cultivo resistentes al

principales productos que se elaboran en Dupocsa

, con la utilización de

tanque de forma inadecuada. Sistema de


32

Envasadora equipada con banda transportadora de velocidad regulable, máquina en

estado descrito realiza una producción determinada de la siguiente forma:

• Envases de un litro: 400 litros por hora

• Envases de un galón: 112 galones por hora

2.4.2 Diagrama de bloques del proceso de envasado

Gráfico 2.4: Diagrama de bloques del proceso de envasado Fuente: Los autores, 2102.

2.5 Envasadora manual de químicos

Para el proceso de envasado, se utiliza una máquina envasadora de 4 boquillas que se

operan manualmente, cuenta con un tanque de almacenamiento de producto con

capacidad de 48 galones.

El llenado de este tanque se lo realiza manualmente, teniendo como indicador de

nivel un tubo plástico el cual sirve de referencia de llenado para los operadores.

El traslado de los envases dentro del proceso de envasado en la máquina se lo realiza

utilizando una banda transportadora cuya velocidad no es variable y es baja. Ref.

5mts por minuto.

A continuación se muestran fotografías de la Máquina envasadora durante su

construcción, de manera general y el sistema de boquillas.

Durante este tiempo aun no se realizaba el montaje de la banda transportadora ni los

otros elementos complementarios de la envasadora “N2”.

Envasadora manual

de químicos en botella

Colocación de tapas manualmente

Encartonado y empaletizado de

procesos en bodega de ventas

Bodega de químicos y

materia prima Formulación

Tanque de alimentación de

productos químicos

Etiquetado manual de botellas

33

Gráfico 2.5: Sistema de boquillas usadas en la máquina anteriormente Fuente: Empresa Dupocsa, 2012.

Gráfico 2.6: Máquina Envasadora " N2" Fuente: Empresa Dupocsa, 2012.

34

2.6 Casos similares de envasadoras de químicos

Como parte de investigación que se realizo al momento del desarrollo de este

proyecto, fue el investigar casos similares de automatizaciones de envasadoras de

químicos que existan en diferentes plantas o industrias de Guayaquil.

De los cuales obtuvimos datos de funcionamiento de dos empresas reconocidas en el

campo de los agroquímicos y que expondremos a continuación:

Empresa: Agripac

Dirección: Km 15 ½ vía a Daule

Ubicación: Guayaquil- Ecuador

Máquina: Envasadora de químicos

Tipo de producto: Insecticida

Presentaciones: ¼ litro, ½ litro, 1 litro

Máquina envasadora de químicos utilizada para el llenado de insecticidas en envases

tipo pet de presentaciones de ¼, ½ y 1 litro, esta dosificadora cuenta con un sistema

de 6 boquillas que son actuadas en conjunto por un banco dosificador que es

comandado por un cilindro general.

El principio de dosificado que se emplea es el de recirculación de fluidos, con el cual

se garantiza un llenado uniforme y preciso en los envases, no se ocasiona derrames y

el tiempo empleado es mínimo.

Con la utilización de este sistema se logra controlar un factor muy importante en este

tipo de productos livianos y de viscosidad mediana, el cual es la generación de

espuma la cual ocasiona inconvenientes al momento de llenar los envases,

obteniendo envases de diferentes niveles de llenado y en alguno con poco producto y

demasiada espuma.

Datos de Producción

Envases de 1 litro.

Numero de boquillas habilitadas: 4 boquillas

35

Tipo de producto: Insecticida

Promedio de producción: 12 envases por minuto

Envases llenos en una hora: 310 envases de un litro

Empresa: Farmagro

Dirección: Km 7.5 Vía Daule

Localidad: Guayaquil-Ecuador

Máquina: Envasadora de químicos

Tipo de producto: Glifosato

Presentaciones: ½ litro, 1 litro

Máquina envasadora de químicos utilizada para el llenado de agroquímicos,

glifosato, en envases tipo pet de presentaciones de ½ y 1 litro, esta dosificadora

cuenta con un sistema de 8 boquillas que son actuadas en conjunto por un banco

dosificador que es comandado por un cilindro general.

El principio de dosificado que se emplea es el de recirculación de fluidos, con el cual

se garantiza un llenado uniforme y preciso en los envases, no se ocasiona derrames y

el tiempo empleado es mínimo.

Con la utilización de este sistema se logra controlar un factor muy importante en este

tipo de productos livianos y de viscosidad mediana, el cual es la generación de

espuma la cual ocasiona inconvenientes al momento de llenar los envases,

obteniendo envases de diferentes niveles de llenado y en alguno con poco producto y

demasiada espuma.

Datos de Producción

Envases de 1 litro.

Numero de boquillas habilitadas: 8 boquillas

Tipo de producto: Glifosato

Promedio de producción: 18 envases por minuto

Envases llenos en una hora: 1080 envases de un litro

Cantidad de personal operador en el proceso de envasado: 4 operadores

36

2.7 Razones para la Automatización de la Envasadora de Químico “N2”.

Para poder apreciar las razones por las que se desea automatizar o modernizar la

envasadora de químicos “N2”,es necesario comprender la importancia que representa

para las industrias al momento de elaborar o procesar un producto o trabajo el contar

con equipos o Máquinarías de última tecnología que vallan de acorde con la demanda

o expectativas de producción y que representen perdidas mínimas tanto de tiempo,

materia prima y personal humano que elevan el costo de elaboración de un

determinado producto, frente a un producto elaborado en máquinas modernas de

plantas industriales que cuentan con últimas tecnologías .

Para lograr este objetivo de automatización de esta envasadora, se utilizará PLC de la

familia Siemens, CPU 224, guiándonos en parámetros de los demás autómatas de la

misma marca utilizados en otros procesos de la empresa DUPOCSA.

El desarrollar este proyecto Dupocsa logra aumentar sus márgenes de producción

optimizando sus recursos tanto en mano de obra, tiempo de producción y bajar los

márgenes de desperdicios.

2.8 Automatismo

Sistema que permite ejecutar una o varias acciones sin intervención manual.

El objetivo de un sistema de Automatización industrial se centra en la función de

controlar los indicadores y variables de una máquina o proceso a valores óptimos de

calidad.

2.8.1 Automatización

Aplicación de sistemas o elementos computarizados para controlar máquinas y/o

procesos industriales substituyendo a operadores humanos.

2.8.2 Electricidad Industrial

La electricidad dentro de la automatización de procesos se emplea para controlar

una gran variedad de dispositivos industriales, estos elementos se denominan

37

actuadores y sensores eléctricos, debido a que la energía utilizada para ejecutar la

función y operación de los diferentes elementos son señales eléctricas.

2.8.3 Controlador Lógico Programable PLC.

Un controlador lógico programable es un dispositivo operado digitalmente, que usa

una memoria para el almacenamiento interno de instrucciones con el fin de

implementar funciones especificas tales como lógica, secuenciación, registro y

control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar a través de

entradas/salidas digitales o análogas varios tipos de máquinas o proceso.

Gráfico 2.7: Diagrama de bloque de un PLC Fuente: www.siemens.com

El funcionamiento del PLC es un continuo ciclo cerrado, primero el sistema

operativo inicia la vigilancia de tiempo de ciclo, después el CPU escribe los valores

de imagen de proceso de las salidas en los módulos de salida, a continuación la CPU

lee el estado de las entradas y actualiza la imagen de proceso de las entradas, el CPU

procesa el programa del usuario en segmentos de tiempo y ejecuta las operaciones

indicadas en el programa, al final de un ciclo el sistema realiza las tareas pendientes

por ejemplo carga y borrado de bloques.

Los PLCS operan de manera secuencial y cíclica, es decir, una vez finalizado el

recorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera instrucción.

38

2.8.4 Simatic HMI. Panel operador OP7

Con los paneles de operador OP7 y OP17 se pueden visualizar estados de servicio,

valores actuales del procesos y las anomalías de un control acoplado.

Adicionalmente se puede efectuar entradas en el OP, las cuales son escritas

directamente en el control. En el panel de operador también se pueden ejecutar

algunas funciones para el diagnóstico de las máquinas. Los paneles de operador

ofrecen una serie de funciones estándar. Las indicaciones y el manejo de los equipos

se pueden adaptar, sin embargo, por parte del personal de configuración a las

necesidades del proceso de forma óptima.

Gráfico 2.8: Panel Operador OP7 Fuente: Catalogo digital SIMATIC HMI, OP7

2.8.5 Variador de velocidad

Un regulador electrónico de velocidad está formado por circuitos que incorporan

transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o

tiristores, siendo el principio básico de funcionamiento transformar la energía

eléctrica de frecuencia industrial en energía eléctrica de frecuencia variable.

Esta variación de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. Una etapa

rectificadora que transforma la corriente alterna en continua, con toda la potencia en

el llamado circuito intermedio y otra inversora que transforma la corriente continua

en alterna, con una frecuencia y una tensión regulables, que dependerán de los

valores de consigna. A esta segunda etapa también se le suele llamar ondulador.

39

Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor.

Gráfico 2.9: Etapas de un Variador de Velocidad Fuente: http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r88671.PDF

El modo de trabajo puede se manual o automático, según las necesidades del

proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los reguladores de velocidad,

permitiendo hallar soluciones para obtener puntos de trabajo óptimos en todo tipo de

procesos, pudiendo ser manejados por ordenador, PLC, señales digitales o de forma

manual.

La mayoría de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones para el

motor, tales como protecciones contra sobre intensidad, sobre temperatura, fallo

contra desequilibrios, defectos a tierra, etc., además de ofrecer procesos de arranque

y frenados suaves mediante rampas de aceleración y de frenado, lo que redunda en

un aumento de la vida del motor y las instalaciones.

Como debe saberse, el uso de convertidores de frecuencia añade un enorme potencial

para el ahorro de energía disminuyendo la velocidad del motor en muchas

aplicaciones. Además aportan los siguientes beneficios:

� Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto.

� Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones de

arrancador progresivo).

� Amplio rango de velocidad, par y potencia. (velocidades continuas y

discretas).

� Bucles de velocidad.

� Puede controlar varios motores.

Rectificador Circuito intermedio Inversor

Unidad de Control

40

� Factor de potencia unitario.

� Respuesta dinámica comparable con los drivers de DC.

� Capacidad de by-pass ante fallos del variador.

� Protección integrada del motor.

2.8.6 Sensores

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,

llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las

variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad

lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión,

humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como

en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión

eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor),

etc.

2.8.7 Sensor Magnético

Los sensores magnéticos están compuestos por un interruptor de láminas puestos en

una ampolla de vidrio que contiene gas, las láminas (o contactos) construidas de

material magnético (ferro-níquel) son flexibles y están revestidas en los puntos de

contacto con metales nobles anti arco. La conmutación se realiza mediante un

oportuno campo magnético y su accionamiento se efectúa a través del imán

permanente contenido en los émbolos.

Gráfico 2.10: Sensor Magnético Fuente: http://es.scribd.com/doc/40656323/Detectores-magneticos

41

2.8.8 Sensores de Proximidad

Los sensores de proximidad tienen la función de relevar o dar la posición del pistón

del cilindro. Cuando estos sensores se encuentran dentro del campo magnético

generado por el imán del pistón del cilindro, los sensores cierran un circuito eléctrico

generando una señal útil para comandar una electroválvula a través de un relé o dar

una señal a una plaqueta de un PLC.

2.8.9 Sensor Fotoeléctrico

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la

intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la

luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Están

diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la

detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones

ambientales extremas.

Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de

salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye

un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir

electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal

de salida.

Gráfico 2.11: Sensor Óptico Fuente: Electrónica para industrias

42

2.8.10 Sensor de Nivel

Los medidores de nivel pueden clasificarse en dos grupos generales: directos e

indirectos.

Los medidores directos aprovechan la variación de nivel del material (líquido o

sólidos granulares) para obtener la medición.

Los medidores indirectos, usan una variable, tal como presión, que cambia con el

nivel del material. Para cada caso, existen instrumentos mecánicos y eléctricos

disponibles.

2.8.11 Motor Eléctrico

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en

energía mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía

mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores Son ampliamente

utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares.

Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en

automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las

ventajas de ambos. A continuación se muestra una fotografía del motor eléctrico con

sus partes principales.

Gráfico 2.12: Motor Eléctrico

Fuente: Electricidad, Partes de un motor asíncrono trifásico, 200

43

2.8.12 Relé

El relé es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado

por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se

acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos

eléctricos independientes.

Gráfico 2.13: Relé Fuente: Photograph, Electronic component - relays, 2007

2.8.13 Neumática

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de

transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El

aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime,

mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite

expandirse.

2.8.14 Actuadores Neumáticos

Los Actuadores Neumáticos convierten la energía del aire comprimido en trabajo

mecánico generando un movimiento lineal mediante servomotores de diafragma

pistones o cilindros o bien un movimiento giratorio con motores neumáticos.

� Los actuadores son elementos que transforman la energía en trabajo.

� Movimiento lineal o giratorio.

44

� Acumulación transporte de energía.

2.8.15 Cilindros Neumáticos

Lo energía del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un

movimiento lineal de vaivén, y mediante motores neumáticos, en movimiento de

giro.

2.8.16 Cilindros de Doble Efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble

efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una

fuerza útil tanto en la ida como en el retorno.

Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el

émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial.

En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en cuenta

el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido.

También en este caso, sirven de empaquetadura los labios y émbolos de las

membranas.

Gráfico 2.14: Cilindros Neumáticos Fuente: Neumática Airmac S.A. Tableros didácticos de Cilindros y Actuadores Neumáticos

45

Tabla 2.1: Fuerza de empuje y fuerza a restar por el área del vástago del pistón en el retroceso Fuente: Neumática e Hidráulica, Antonio Creus Solé 2da edición, 2011

2.8.17 Bomba Neumática

Es un tipo de bomba de desplazamiento positivo alternativo, en la que el aumento de

presión se realiza por el empuje de unas membranas elásticas (o diafragmas) que

permiten crear un volumen variable en la cámara de bombeo, aumentándola en la

fase de aspiración y reduciéndola en la fase de expulsión del fluido. Unas válvulas de

retención (normalmente de bolas, pero también de tipo clapetas rígidas o seta)

controlan que el movimiento del fluido se realice de la zona de menor presión a la de

mayor presión.

La acción de estas bombas es neumática, o sea que se aprovecha la presión del aire

comprimido, o de cualquier otro gas compatible con el uso.

2.8.18 Válvulas Neumáticas

Las válvulas son elementos que controlan, mandan o regulan la puesta en marcha, el

paro y la dirección, así como la presión o el caudal de un fluido.

Diámetros del cilindro

(mm)

Área del piston (mm2)

Diámetro

del vástago

del pistón

(mm2)

Área del

vástago del

pistón

(mm2)

1,0 5,0 7,0 10,0 1,0 5,0 7,0 10,0

6 28 2,8 14,1 19,8 28,3 4 13 1,3 6,3 8,8 12,6

8 50 5,0 25,1 35,2 50,2 6 28 2,8 14,1 19,8 28,3

10 79 7,9 39,3 55,0 78,5 8 50 5,0 25,1 35,2 50,2

12 113 11,3 56,5 79,1 113,0 10 79 7,9 39,3 55,0 78,5

14 154 15,4 76,9 107,7 153,9 12 113 11,3 56,5 79,1 113,0

16 201 20,1 100,5 140,7 201,0 16 201 15,4 76,9 107,7 153,9

20 314 31,4 157,0 219,8 314,0 20 314 20,1 100,5 140,7 201,0

25 491 49,1 245,3 343,4 490,6 25 491 31,4 157,0 219,8 314,0

32 804 80,4 401,9 562,7 803,8 32 804 49,1 245,3 343,4 490,6

40 1.257 125,6 628,0 879,2 1.256,0 40 1.257 125,6 628,0 879,2 1.256,0

50 1.963 196,3 981,3 1.373,8 1.962,563 3.117 311,6 1.557,8 2.181,0 3.115,780 5.027 502,4 2.512,0 3.516,8 5.024,0100 7.854 785,0 3.925,0 5.495,0 7.850,0125 12.272 1.22,6 6.132,8 8.585,9 12.265,6160 20.106 2.009,6 10.048,0 14.067,2 20.096,0200 31.416 3.140,0 15.700,0 21.980,0 31.400,0

Fuerza de empuje en newtons a varias presiones (bar)

Fuerza de retroceso a varias presiones

(newtons)

Fuerza de empuje actuando el aire en toda el área del pistón Fuerza a restar por el área del vastago del piston en el retorno

46

Gráfico 2.15: Válvulas Neumáticas Fuente: Neumática Airmac S.A. Tableros didácticos de Cilindros y Actuadores Neumáticos

2.8.20 Unidad de Mantenimiento

La unidad de mantenimiento representa una combinación de los siguientes ítems:

� Filtro de aire comprimido

� Regulador de presión

� Lubricador de aire comprimido

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

1. El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la elección del tamaño de unidad.

Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una caída de presión

demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los valores indicados por el

fabricante.

2. La presión de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad, y la

temperatura no deberá ser tampoco superior a 50 C (valores máximos para recipiente

de plástico).

El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas

y el agua condensada.

En el siguiente grafico se muestra el símbolo utilizado por normativa para la

representación de la unidad de mantenimiento en los planos respectivos mostrados en

la parte de anexos.

47

Gráfico 2.16: Símbolo de unidad de mantenimiento Fuente: monografia.com/unidades mantenimiento

El regulador tiene la misión de mantener la presión de trabajo lo más constante

posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red y del

consumo de aire. La presión primaria siempre ha de ser mayor que la secundaria.

El lubricador tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en medida

suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas móviles,

reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión.

2.8.21 Manguera y Racores

Para realizar las conexiones instantánea y segura a prueba de fuga de aire entre los

diferentes elementos neumáticos utilizamos los racores. Estos elementos presentan

considerables ventajas, debido a que se fabrican en diversos materiales, sus

aplicaciones típicas son los sistemas de control neumático.

Las mangueras son accesorios utilizados para conducir el aire comprimido de los

sistemas neumáticos, en líneas de señal y trabajo de instrumentación y control, en

donde se requiere un medio de conducción seguro, ligero, resistente y flexible, de

aire comprimido.

Tanto los racores como las mangueras neumáticas reducen los tiempos de ensamble

y mantenimiento, en las líneas de aire comprimido.

2.8.22 Sistemas Electro neumáticos

En el electro neumático, los actuadores siguen siendo neumáticos, pero las válvulas

de gobierno mandadas neumáticamente son sustituidas por electroválvulas activadas

48

con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido. Las electroválvulas

son convertidores electro neumáticos que transforman una señal eléctrica en una

actuación neumática.

Por otra parte los sensores, fines de carrera y captadores de información son

elementos eléctricos, con lo que la regulación y la automatización son, por tanto,

eléctricas o electrónicas.

Las ventajas de la electro neumática sobre la neumática pura son obvias y se

concretan en la capacidad que tienen la electricidad y la electrónica para emitir,

combinar, transportar y secuenciar señales, que las hacen extraordinariamente

idóneas para cumplir tales fines. Se suele decir que la neumática es la fuerza y la

electricidad los nervios del sistema.

Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir a la electro-neumática como la

tecnología que trata sobre la producción y transmisión de movimientos y esfuerzos

mediante el aire comprimido y su control por medios eléctricos y electrónicos.

2.8.22 Electroválvulas

Las válvulas distribuidoras de maniobradas mecánicamente o neumáticamente se

sustituyen en la electro neumática por electroválvulas. La diferencia que existe entre

las válvulas distribuidoras que pudiéramos llamar convencionales, y las

electroválvulas se limita exclusivamente a su forma de maniobra.

Las electroválvulas reúnen las ventajas de la electricidad y de la neumática y pueden

ser consideradas convertidores electro neumático. Constan de una válvula neumática

como medio de generar una señal de salida, y de un accionamiento eléctrico

denominado solenoide.

La aplicación de una corriente al solenoide genera una fuerza electromagnética que

mueve la armadura conectada a la leva de la válvula.

49

Las electroválvulas pueden ser monoestables o biestables. Las primeras tienen una

sola bobina también llamada solenoide, y se reposicionan automáticamente mediante

muelle en el momento en que se deja de actuar eléctricamente sobre el solenoide. Las

electroválvulas biestables disponen dos bobinas, una a cada lado; cuando se deja de

actuar sobre una de ellas la válvula queda en la misma posición, siendo necesaria la

actuación sobre la bobina contraria para que la válvula se invierta. Las bobinas

pueden maniobrarse mediante corriente alterna o mediante corriente continua, siendo

esto lo más frecuente.

Gráfico 2.17: Bobinas de electroválvulas Fuente: http://indumatic.blogspot.com/2009/07/blog-post_829.html

2.8.23 Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente cerrada.

Esta válvula de asiento, normalmente cerrada (NC) es actuada directamente por un

solenoide y devuelta a su posición de reposo por un muelle. En esta válvula, la

armadura del solenoide y la leva de la válvula forman una sola pieza que se

denomina cabezal. La abertura del cabezal está conectada a escapes.

Cuando una corriente eléctrica (señal) se aplica a la bobina, se genera una fuerza

electromotriz (FEM) que levanta la leva del asiento de la válvula cerrando el escape.

El aire comprimido fluye desde 1 hacia 2 ya que 3 se halla cerrado por la parte

superior de la leva. La leva está forzada contra el asiento de escape.

En estado de reposo, tiene la posibilidad de accionamiento manual.

50

Gráfico 2.18: Electroválvula normalmente cerrada Fuente: http://www.directindustry.es/prod/camozzi/valvulas-neumaticas-manuales-5625-429598.html

2.8.24 Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente abierta.

Esta válvula es idéntica a la normalmente cerrada excepto que se ha conectado de

forma diferente para que esté abierta en reposo. En esta disposición, la alimentación

1 está conectada al cabezal. Al aplicar una señal eléctrica se levanta la leva, cerrando

el asiento superior y con ello la alimentación. Al mismo tiempo, el asiento inferior

libera el aire de la salida 2 hacia el escape 3. Muchas válvulas puede utilizarse

indistintamente como NC y NA.

Esta configuración (NA) es útil cuando se precisa una señal neumática sin que exista

señal eléctrica, o cuando un cilindro de simple efecto debe tener el vástago extendido

en su posición inicial.

2.8.25 Boquilla Hidráulica.

Las boquillas son tubos de pequeña longitud constituidos por piezas tubulares

adaptadas a los orificios. Se emplean para dirigir el chorro líquido. Su longitud debe

estar comprendida entre 1,5 y tres 3,0 veces su diámetro. De un modo general, Las

boquillas pueden ser entrantes o salientes y se clasifican en cilíndricas, convergentes

y divergentes. A las boquillas convergentes suele llamárseles toberas.

La boquilla cilíndrica de tres orificio o chorro múltiples está constituida por un tubo

perforado con tres orificios de 3 mm de diámetro cuyo caudal es constante Las

presiones de trabajo están entre 1 y 3 bar sin riesgo de obstrucción, incluso con

productos densos. Están diseñados para la dosificación de líquidos de viscosidad

baja media, por el tipo de cámara de circulación interna de las boquillas.

51

Cuenta con las siguientes características:

� Construida en acero inoxidable 316

� Con cámara para el rebose o sistema anti espuma

� Sellado hermético con la botella al momento de llenar.

� Ideal para dosificación de botellas de 500ml, 1000ml, 1 galón

� Sistema de recirculación del liquido

Gráfico 2.19: Boquilla de la Máquina N2 Fuente: Los Autores, 2013.

2.8.26 Tanque de Almacenamiento.

Los Tanques de Almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo

general de forma cilíndrica, que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o

gases a presión ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el

calificativo de Tanques de Almacenamiento Atmosféricos. Los tanques de

almacenamiento suelen ser usados para almacenar líquidos, y son ampliamente

utilizados en las industrias de gases, del petróleo, y química, y principalmente su uso

más notable es el dado en las refinerías por sus requerimientos para el proceso de

52

almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se

obtienen de sus actividades

El tanque de almacenamiento tiene una forma cilíndrica y está construida de acero

inoxidable con las siguientes características:

� Capacidad de 250 litros de producto

� Juego de 8 válvulas de dosificación.

� Con visor de llenado.

� Construido en acero inoxidable 316.

� Forma cilíndrica que permite que todo el producto sea usado.

� Llenado automático.

Gráfico 2.20: Tanque de Máquina Envasadora N2 Fuente: Los autores, 2012.

53

CAPÍTULO 3: DISEÑO DE CONTROL DE LA MÁQUINA ENVASAD ORA

N2

3.1 Sistema de Control General, para el proceso de Dosificado en la Máquina Envasadora "N2"

El proceso general de la máquina envasadora N2 consiste en el ingreso de botellas

vacías y a la salida obtenemos un envase dosificado manteniendo el volumen y peso

adecuado.

Gráfico 3.1 Sistema general del proceso de dosificado

Fuente: Los Autores, 2013.

El proceso se divide en 5 subprocesos, los cuales son:

� Transportación de las botellas.

� Detección de las botellas.

� Llenado del reservorio.

� Dosificación del líquido.

� Evacuación de las botellas dosificadas.

El diagrama de bloque de cada subproceso se describe a continuación en el siguiente

gráfico donde se puede observar la secuencia de los mismos.

Salida de Botellas Dosificadas con volumen de líquido seleccionado.

Ingreso de Botellas Vacías

54

Fuente: los Autores, 2013. 3.2 Transportación y Detección de Botellas

En este subproceso se colocan las botellas vacías sobre la banda transportadora de la

envasadora que se encarga de llevar y colocar las botellas en la posición de llenado

ubicada debajo del banco de boquillas, pasando por la sección de detección de

botella cuya función es detectar y contar las botellas ingresadas hacia la posición de

llenado determinado por el parámetro número de envases previamente ingresada en

el panel operador, las demás botellas son retenidas para un nuevo ciclo, para esto es

preciso activar la traba de entrada cuando el sensor fotoeléctrico haya contado el

número de botellas establecido por el operador.

Gráfico 3.3 Transportación y detección de las botellas

Fuente: Los Autores,2013.

TRANSPORTACIÓN DE BOTELLAS

DETECCIÓN DE

BOTELLAS

DOSIFICACIÓN DE LÍQUIDO

EVACUACIÓN DE BOTELLAS

LLENADO DEL

RESERVORIO

Gráfico 3.2 Diagrama de bloque de Subprocesos de la Máquina Envasadora N2

55

3.3 Llenado del Reservorio

El proceso de llenado del reservorio se realiza controlando una bomba neumática la

cual es la encargada de transportar el liquido desde el tanque de almacenamiento

hacia el reservorio de la máquina, este ciclo es repetitivo dependiendo del nivel en el

que se encuentre el reserborio durante el proceso de envasado.

Fuente: Los autores,2013.

Fuente: Los autores,2013.

3.4 Dosificación del Químico Una vez que se hayan ubicado las botellas vacías en la posición de llenado, el

siguiente subproceso es el de dosificación, este sistema de dosificación es por

gravedad, las boquillas utilizadas están diseñadas para realizar este tipo de proceso,

el banco de boquilla se mueve verticalmente mediante un cilindro neumático que se

activa para colocar las boquillas sobre las botellas un determinado tiempo, en el cual

las botellas se llenan con el peso adecuado, para mantener una presión constante del

Gráfico 3.4: Tanque de almacenamiento

Gráfico 3.5: Reservorio de la máquina

56

producto se controla el nivel del tanque de almacenamiento mediante los electrodos

que se encuentran ubicados dentro del reservorio.

Gráfico 3.6 Dosificación del producto

Fuente: Los autores, 2013.

3.5 Evacuación de las Botellas

En este subproceso se transportan las botellas dosificadas hacia la máquina

taponadora la traba de salida se retrae para permitir el paso de las botellas una vez

que las botellas son evacuadas se extiende la traba de salida y la traba de entrada se

retrae para permitir el paso del siguiente grupo de botellas.

Para completar el proceso de producción se ha considerado implementar en la línea

de producción las siguientes máquinas taponadora, selladora y etiquetadora para al

final tener un producto terminado y listo para embalar.

3.6 Sistema de Control de Envasadora N2

Para controlar la máquina envasadora utilizamos el PLC siemens de la familia S7-

200 CPU 224. Cuyo programa de control se realizara de acuerdo a las necesidades

y requerimientos de la máquina.

En la empresa Dupocsa el personal técnico está familiarizado con los equipos

siemens, por tal motivo hemos seleccionado de la familia Siemens S7-200 la CPU

224 AC/DC/Relay. Teniendo en consideración las características técnicas del PLC,

57

de acuerdo al número de entradas y salidas digitales, voltaje de alimentación y

además la compatibilidad con el HMI OP7 que utilizamos como panel operador.


3.6.1 Conexiones de la CPU 224

En la tapa superior vemos la siguiente inscripción AC/DC/RLY ,esto significa que el

autómata se alimenta con una tensión alterna AC, posee una salida de voltaje

continuo DC y las salidas tienen conexión de relé o contacto libre de potencial RLY.

En el caso de la CPU-224, las salidas tienen conexión por relé debido a esto, la

tensión con que debemos alimentar los comunes ( 1L, 2L, 3L) de las salidas debe

coincidir exactamente con la tensión nominal de la carga que se encuentre conectada

a la salida. Esta tensión puede ser:

• 24V de corriente continua

• De 24 V a 230V de corriente alterna.

Fuente: Manual del usuario CPU 224 Siemens.

Gráfico 3.7: CPU 224 Siemens

Gráfico 3.8 Conexiones de alimentación del autómata S7-200

58

Puesto que normalmente disponemos de varias cargas que requieren distintos niveles

de tensión, deberemos conectar todas aquellas cargas que precisen la misma tensión

a las salidas pertenecientes a un mismo común, y alimentar dicho común con la

tensión nominal que necesiten dichas cargas.

En el caso del autómata S7-200, existe una salida de tensión de 24V de continua que

se puede utilizar para alimentar las entradas del autómata.

Gráfico 3.9: Conexiones Eléctricas del PLC S7200


3.6.2 Características de las Entradas de la CPU 224

Las entradas tienen las siguientes características:

• Necesitan una tensión de entrada de 0V ó 24V de corriente continua para

activarse.

• Tienen una separación galvánica vía opto acoplador. De esta forma, si a la

entrada llega un pico de tensión, la circuitería interna de la CPU-224

permanece intacta.

59

• Los módulos de entradas y salidas analógicas necesitan de 0-10 VCC ó de

4-20mA.

Para activar las entradas se deben hacer dos cosas:

• Conectar las entradas comunes 1M, 2M una tensión de 0V ó de 24V de

corriente continua.

• Dependiendo de qué tensión hayamos aplicado a los comunes, tendremos

que introducir a las entradas I0.0, I0.1,...I0.7, etc., 0V ó 24V para provocar

una diferencia de tensión y activarlas.

• Si queremos que las entradas se activen al aplicar 24V, debemos introducir

0V al común que pertenezca dicha entrada.

En la parte frontal del equipo tenemos una tapa donde está ubicado un selector de

tres posiciones que nos permite situar al PLC en tres modos de funcionamiento

distinto.

Modo RUN El PLC ejecuta cíclicamente las instrucciones de programa de usuario.

Modo TERM. Este estado permite el control del PLC desde un terminal externo

como, por ejemplo, un PC. Desde este terminal s puede poner el autómata en modo

Run o Stop.

Modo STOP. El autómata esta encendido, pero el programa de usuario no se ejecuta.

3.7 Panel Operador HMI OP7 En los paneles de operador OP7 se pueden visualizar estados de servicio, valores

actuales del procesos y las anomalías de un control acoplado. Adicionalmente se

puede efectuar entradas en el OP, las cuales son escritas directamente en el control.

60

En el panel de operador también se pueden ejecutar algunas funciones para el

diagnóstico de las máquinas.

Los paneles de operador son apropiados para su montaje en armarios y pupitres de

distribución.

Debido al ambiente corrosivo y húmedo que existe en la planta, se selecciono un

panel operador que se maneje atreves de teclado, facilitando menos riesgo de daño al

equipo, ya que su ubicación es en la parte exterior del tablero de control.

Se ha considerado la utilización de este panel operador OP7 siemens, por su puerto

de comunicación versátil que se ajusta a los requerimientos del equipo de control

PLC siemens S7-200 CPU 224.

Como HMI se utiliza el panel operador OP7 de siemens el cual se maneja atreves

del teclado. El teclado se compone de los bloques funcionales.

• Teclas del sistema (bloque numérico y teclas de control).

• Teclas de funciones.

Gráfico 3.10: Teclado del HMI OP7 Fuente: Los autores, 2013.

61

3.7.1 Conexiones del HMI

En la parte posterior del equipo se encuentran los terminales de alimentación del

equipo OP7, el voltaje de alimentación es 24 Vdc, que lo suministra una fuente de

alimentación externa.


A través del conmutador DIL en la cara posterior de las variantes de equipo DP y

DP-12 se puede configurar la interface IF1B. Para ello se conmutan los datos de

recepción de RS422 y la señal RTS.


Gráfico 3. 11: Puerto de comunicación del HMI

Gráfico 3.12: Configuración del puerto de comunicación

62

CAPÍTULO 4: INSTALACIÓN DEL SISTEMA

4.1 Instalación del Tanque de la Máquina Envasadora "N2"

El reservorio es un tanque de acero inoxidable 304 con capacidad de 250 litros.,

ubicado a una altura de 1,65 metros.

Este tanque tiene 8 válvulas de bola de acero inoxidable de 3/4, estas válvulas se

conectan mediante un tubo flexible hacia las boquillas, su función es permitir el paso

del líquido hacia las boquillas.

Gráfico 4.1: Tanque de Máquina Envasadora N2


4.1.1 Instalación del Sistema de Control para el llenado del tanque

Para controlar el nivel de llenado del producto en el reservorio de la máquina se

colocó un sensor que indica el nivel que se encuentra el liquido, controlando el

encendido y apagado de la bomba neumática, para mantener una presión constante

en las vías, en la figura 6.2 se puede observar los electrodos de acero inoxidable de

316 que soporta ambientes agresivos tales como agua de mar, disolventes, aceites,

fertilizantes, etc.

Al no contener piezas mecánicas, no se bloquea y no presenta peligro alguno ni para

las personas ni para los sistemas eléctricos o electrónicos y no produce electrolisis.

63

El dispositivo que controla la señales que envía los electrodos es un C-AFR1 relé

de nivel, el voltaje de alimentación de este dispositivo es de 220 VCA conectado

entre los pines 7 y 2, que pertenecen a la bobina.

Gráfico 4.2: Control de nivel por electrodos Fuente: Los Autores, 2013.

El sistema de control se realiza por conmutación de tierra, por tanto el dispositivo

tiene tres terminales E1, E2 y E3 en estos terminales se conecta los electrodos que se

encuentran dentro del tanque.

E3 pertenece al pin 1 y está conectado al electrodo más largo en el cual está

circulando una señal de tierra y realiza la función de común. E2 pertenece al pin 4 y

trabaja dentro del rango de control este electrodo envía la señal para que se encienda

la bomba.

E1 pertenece al pin 3 y trabaja dentro del rango de control este electrodo envía la

señal para que se apague la bomba. Entre los pines 8, 5 y 6 se encuentran el relé de

conmutación, el pin 8 es el común, el pin 6 en el contacto normalmente abierto y el

pin 5 es el contacto normalmente cerrado.

En el pin 8 se conecta una señal de 24 voltio de la fuente de poder, cuando se cierra

el contacto entre el pin 8 y el pin 6 la señal de 24 voltio llega a la entrada I 0.5 del

PLC, y mediante el programa de control se enciende la bomba atreves de la

activación de la salida Q0.5.

64

Gráfico 4.3: Relé de nivel C-AFR CAMSCO

Fuente: Los Autores, 2013

4.1.2 Instalación bomba neumática

Para el traslado del químico se utiliza una bomba neumática de doble diafragma,

construida en polipropileno con diafragma de teflón, estas bombas neumáticas son

adecuadas para trabajar con productos químicos corrosivo, y no genera turbulencia

en el producto al momento de transportarlo.


4.1.3 Conexiones de la bomba neumática

En la fig. 5.5 se muestra la conexión de la bomba neumática, la presión de aire es

de 90 PSI, que ingresa en la entrada de aire de la bomba, el encendido y apagado

de la bomba es controlado por una electroválvula que la controla el PLC.

En la entrada y salida del líquido se conecta una cañería flexible y una válvula de

cierre para permitir el paso del producto.

Gráfico 4.4: Bomba neumática de diafragma

65

Gráfico 4.5: Conexiones de la bomba neumática Fuente: www.aryessrl.com.ar

4.2 Instalación de la Banda Transportadora

La banda transportadora tiene una longitud de 3 metro, y el ancho 40 cm, está

construida de eslabones de acero inoxidable de grado alimentación, para calibrar el

ancho de la botella se construyeron corrales ajustable a la medida del ancho de la

botella.

La velocidad de la banda es regulable mediante un potenciómetro de 5k que nos

permite ajustar la velocidad requerida para regular el proceso de llenado en los

diferentes tipos de envases que se utilicen.

El movimiento de la banda transportadora se lo realiza por medio de un motor

trifásico en cuyo eje de rotación se conecta una caja reductora la función de este

elemento es reducir la velocidad de rotación que originalmente entrega el motor.

A continuación se muestra una fotografía de la banda transportadora en pleno

funcionamiento ajustada con un estilo de botella.

En la parte de anexos se muestran los diferentes estilos de botellas a utilizarse en la

producción de envasado.

66

Gráfico 4. 6: Banda transportadora Fuente: Los Autores, 2013

4.2.1 Motor de Banda Transportadora

El motor se encuentra ubicado, en la parte derecha inferior de la banda

transportadora, la alimentación del motor es trifásica conexión en delta 220 VCA,

alimentada desde el panel de control mediante el variador de velocidad.

La caja reductora reduce las revoluciones 1800 rpm a 1000rpm.

Gráfico 4.7: Motor de banda transportadora Fuente: Los Autores, 2013

En la grafica 4.7 se muestra el motor eléctrico de la banda transportadora montado en

la parte inferior de la Máquina.

67

4.3 Instalación del Variador de Velocidad

El variador de velocidad se encuentra ubicado en el tablero de control, este es el

dispositivo que controla la velocidad del motor, el modelo ATV12H037M2

ALTIVAR de Schneider Electric trabajar con un rango de voltaje de entrada 200-

240 VCA 50/60 HZ, alimentación de red monofásica, corriente de línea máxima a

200 V 5,9 A y 240V 4,9A y a la salida entrega un voltaje trifásico 220 VCA para

la alimentación del motor.

La potencia del motor debe ser de 0.37 Kw o 0,5 HP, la potencia aparente es de 2

KVA.

Características:

� Modelo ATV12H037M2, fabricante: Schneider Electric.

� Potencia de 0.37 kw, 0.55 HP.

� Voltaje de alimentación: 220VAC. Monofásico

� Carga recomendada: Motores Asíncronos de hasta 0.55 HP para este modelo.

� Corriente nominal de trabajo: 4.9Amp.

� Grado de protección ambiental: IP-20.

� Frecuencia de trabajo: 50/60Hz

� Frecuencia de salida del variador: 0 a 400 Hz

Gráfico 4.8: Variador de velocidad ATV Fuente: Los Autores, 2013

68

4.3.1 Conexiones del variador

En el siguiente grafico se muestra las conexiones que se deben realizar en el variador.

Gráfico 4. 9: Diagrama de Cableado del Variador Fuente: Manual de usuario ATV12H037M2

4.3.2 Configuración del variador de velocidad

La siguiente tabla presenta los valores de configuración de fábrica.

Gráfico 4.10: Configuración de Parámetros Variador ATV12H037M2 Fuente: Manual de usuario ATV12H037M2

69

Para configurar estos parámetros necesitamos los datos de placa del motor donde

están las características de trabajo del motor.

De acuerdo a las características del motor se ha configurado los siguientes valores

en el variador de velocidad.

Código Descripción valor bFr Frecuencia estándar del motor 60 Hz UnS Tensión nominal del motor 220V ACC Aceleración 3 segundos dEC Deceleración 3 segundos LSP Velocidad mínima 0 Hz HSP Velocidad máxima 60 HZ Ctt Tipo control motor Ley U/F standar Ufr Compensación RI (ley U/F) 100%

Tabla 4.1: Tabla de datos de motor de banda transportadora

Fuente: Los Autores, 2013 En el modo configuración menú Full configuramos los siguientes parámetros:

En el menú de entrada/salida configuramos el tipo de control, este variador se va a

controlar con la configuración control de 2 hilos por lo tanto seleccionamos la

siguiente configuración 2C. En la figura fig. 5.11 se muestra la descripción de las

dos opciones que nos permite controlar el variador.

Gráfico 4.11: Tipo de control del variador Fuente: manual de usuario.

70

Código Descripción valor bFr Frecuencia estándar del motor 60 Hz UnS Tensión nominal motor 220V npr Potencia nominal motor 0.37 KW Cos Motor cos phi nominal 0.75 ncr Intensidad nominal del motor 1.1A frs Frecuencia nominal del motor 60 HZ Ctt Tipo control motor Ley U/F standar tfr Frecuencia maxima 60 Hz nsp Velocidad nominal del motor 1800 rpm

Tabla 4.2: Configuración del Variador de Velocidad

Fuente: Los Autores, 2013 4.4 Instalación de Sensor Fotoeléctrico

El dispositivo que realiza la detección de las botellas es un sensor fotoeléctrico

reflectivo este sensor está ubicado en la banda transportadora, a una altura de 15 cm,

el sensor tiene un emisor y un receptor. El emisor emite un haz de luz infrarrojo

cuya distancia es de 50cm regulable, frente al emisor se coloca el dispositivo

receptor el cual es un diamante ubicado a una altura de 15cm y una distancia de

40cm.

Gráfico 4.12: Ubicación del sensor óptico Fuente: Los Autores, 2013

Funcionamiento del sensor este emite una haz de luz el cual se refleja en un diamante

que está ubicado frente al emisor, cuando pasa la botella frente al sensor se corta el

haz de luz, en ese instante se emite un pulso hacia la entrada I0.5 del PLC, que se

registra en el programa mediante un contador, cuando la cantidad de botellas

ingresadas es igual a la cantidad configurada en el menú del panel operador se activa

71

la traba de entrada y se detiene la banda transportadora quedando las botellas en la

posición de llenado.

4.4.1 Instalación de Traba de Entrada

La traba de entrada permite el ingreso de las botellas, este elemento es un cilindro

neumático de doble efecto, que se encuentra ubicado en la banda transportadora, su

posición es regulable tanto la altura como el desplazamiento horizontal para ajustar

de acuerdo al tamaño de la botella. La traba de entrada es controlada por el

Programa del PLC, que mediante la salida Q0.0 controla la electroválvula V1,

permitiendo la activación del cilindro neumático.

Gráfico 4.13: Traba de entrada Fuente: Los Autores, 2013

4.4.2 Instalación de Traba de Salida

La traba de salida permite detener las botellas, para que se coloquen en la posición

de llenado una vez que las botellas se dosifican esta traba se abre permitiendo el paso

de las botellas este elemento es un cilindro neumático de doble efecto, que se

encuentra ubicado en la banda transportadora, su posición es regulable tanto la altura

como el desplazamiento horizontal para ajustar de acuerdo al tamaño de la botella.

La traba de salida también es controlada por el Programa del PLC, que mediante la

salida Q0.2 activa la electroválvula V2, permitiendo la activación del cilindro

neumático. En la fig. 5.12 se puede observar la ubicación de las traba de salida y las

botellas se ubican entre las trabas y quedan en posición de llenado.

72

Gráfico 4.14: Traba de salida Fuente: Los Autores, 2013

4.5 Instalación de Boquillas

4.5.1 Sistema de Boquillas

Las boquillas se encuentran sostenidas por una base metálica, que se desplaza

verticalmente mediante el movimiento de un cilindro neumático de doble efecto,

estas boquillas son construidas de acero inoxidable, son regulables de acuerdo al

tamaño de la botella tanto de altura como de posición horizontal. El ajuste de la

altura de las boquillas se la realiza manualmente mediante un eje el cual tiene una

forma de tornillo sin fin que se puede girar desde un mango para graduar la altura del

banco de boquilla.

Gráfico 4.15: Ubicación de las 8 boquillas Fuente: Los Autores, 2013

73

4.5.2 Sistema de Elevación del Banco de Boquillas

Esta construida mecánicamente por un una barra metálica en forma de tornillo la cual

al girar permite regular la altura del banco de boquillas.

Un cilindro neumático de doble efecto está ubicado debajo de la mesa de la máquina,

el vástago se acopla con el banco de boquilla para realizar un movimiento vertical

logrando que el banco de boquillas se eleve para liberar las boquillas de las botellas o

baje para dosificar el líquido.

Gráfico 4.16: Mango de Calibración de base de boquillas Fuente: Los Autores, 2013

Gráfico 4.17: Unión mecánica entre el pistón y base de banco Fuente: Los Autores, 2013

74

En el cilindro se encuentra ubicado un sensor magnético el cual indica la posición de

las boquillas, este sensor detecta la parte metálica del vástago cuando el cilindró se

encuentra retraído y envía una señal al programa del PLC por la entrada I1.2.

La electroválvula que actúa en el movimiento del cilindro es V3, es una

electroválvula 3/2 la cual es controlada por el PLC atreves de la salida Q0.2. En la

conexión neumática de este cilindro se usa dos válvulas de estrangulamiento para

regular la velocidad de desplazamiento del vástago.

En la figura 4.18 se muestra la ubicación del cilindro y las válvulas de

estrangulamiento con el sensor magnético.

Gráfico 4.18: Válvulas de Estrangulamiento Fuente: Los Autores, 2013

Gráfico 4.19: Sensor magnético, ubicado en cilindro neumático Fuente: Los Autores, 2013

75

4.7 Instalación de la Unidad de Mantenimiento de Aire Comprimido

La Unidad de Mantenimiento está compuesta por un regulador de presión y filtros

para garantizar la mejor calidad del aire seco y libre de impurezas, que afecten a los

elementos neumáticos como cilindros y electroválvulas de la máquina la manguera

que se utiliza para la conexión es #10 tanto a la entrada como a la salida.

Gráfico 4.20: Unidad de mantenimiento y regulador de presión


4.7 Instalación de Electroválvulas

Las electroválvulas se encuentran instaladas en una caja de acero inoxidable, el

voltaje de alimentación de la electroválvula es de 220 VCA la interface entre el

circuito de control la realiza los relé K1 para la electroválvula V1, K2 para la

electroválvula V2, K3 para la electroválvula V3 y K4 para la electroválvula V4, el

control se realiza mediante el PLC que controlan a los relés de 24 VDC.

Gráfico 4.21: Banco de electroválvulas


76

4.8 Instalación de Tablero de Eléctrico

En el tablero eléctrico se encuentra los elementos de control como el PLC siemens

S7-200, HMI, pulsadores, luces piloto, relé, contactor, variador de velocidad,

breaker, relé de nivel y borneras de conexiones sus dimensiones son 50cm x 50cm.

Gráfico 4.22: Tablero Eléctrico


77

CAPÍTULO 5: PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE LA MÁQUINA ENVASADORA N2.

5.1 Diagrama de Flujo de la Máquina Envasadora N2

La máquina envasadora N2 es una máquina secuencial construida de 12 estados, en

cada estado se realiza una función específica, a continuación se muestra el diagrama

de estado.


Gráfico 5.1: Diagrama de Flujo

78

Gráfico 5.2: Diagrama de Flujo Fuente: Los Autores, 2013.

79

Gráfico 5.3: Diagrama de Flujo Fuente: Los Autores, 2013.

80

5.2 Direcciones de las entradas y salidas del programa.

El programa se realizó en Microwin 32 Versión 4.0.

La dirección de las entradas y salidas utilizadas del autómata se detallan a

continuación.

Entradas Dispositivo de entrada Dirección Descripción

S1 Pulsador I1.0 Start. S2 Pulsador I1.1 Paro. S3 Sensor magnético I1.2 Cilindro de sellado.

S4 Sensor óptico I0.5 Ingreso de botellas. S5 CN Sensor de nivel I0.6 Control de nivel del tanque.

Tabla 5.1: Dirección de Entradas para el programa de control Fuente: Los Autores, 2013.

Salidas Dispositivo de Salidas Dirección Descripción Relé K1 Q0.0 Electroválvula V1 Traba de entrada Relé K2 Q0.1 Electroválvula V2 Traba de salida Relé K3 Q0.2 Electroválvula V3 Pistón de sellado de

botellas Relé K4 Q0.4 Electroválvula V4 Bomba neumática B1 Relé K5, k 6 Q0.5 Contactor KM1 Banda Transportadora

Relé k7 Q0.6 Luz piloto de Start L1 Relé k8 Q0.7 Luz piloto dosificado L2 Relé k9 Q1.0 Luz piloto de bomba L3

Tabla 5.2: Dirección de Salidas para el programa de control


5.3 Direcciones de Memorias, contadores y temporizadores del programa Contadores

Valor Preselección

Contador ascendente

Dirección PV Descripción

VW212 CTU C0 +1 Contador de ingreso de botellas

Tabla 5.3: Contador para el programa de control Fuente: Los Autores, 2013

81

Temporizadores

Tabla 5.4: Temporizadores para el programa de control Fuente: Los Autores, 2013

5.4 Programa de Control de la Máquina Envasadora N2 en Micro/win 32

5.4.1 Programa Principal

Las recetas se la selecciona desde el panel operador, el contacto SM0.0 es una

marca especial, este bit siempre esta activado y es solo de lectura. Los contactos

M11.1 hasta M11.6 están direccionados como variables en el programa y realizan

la siguiente función.

La tecla F1 del panel operador corresponde al contacto M11.1 al pulsar F1 activa la

receta para envase de 1 litro, F2 corresponde al contacto M11.2 al pulsar F2 activa

la receta para envase de 1 galón, F3 corresponde al contacto M11.3 al pulsar F3

activa la receta para envase de 1/2 litro, F4 corresponde al contacto M11.4 al pulsar

F4 activa la receta 4, K1 corresponde al contacto M11.5 al pulsar K1 activa la

receta 5, K2 corresponde al contacto M11.6 al pulsar activa la opción de operador.

En el gráfico se muestra la parte del programa del controlador que realiza esta

función.

Valor Preselección PT

Retardo a la conexión

Dirección Resolución ms

Descripción

20 TON T37 100 Tiempo de retardo del pistón de sellado baje.

VW204 TON T38 100 Tiempo de dosificado. VW208 TON T39 100 Tiempo de vacio VW242 TON T40 100 Tiempo de retardo para

encendido de la banda transportadora

VW240 TON T41 100 Tiempo de salida de botellas VW244 TON T42 100 Tiempo de retardo de la traba de

entrada

82

Gráfico 5.4: Impresión Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013

En el siguiente segmento la se muestra la opción de reset de la máquina, es decir la

máquina se reinicia y se pone lista para empezar a dosificar nuevamente.

El contacto I1.1 habilita la entrada ( EN ) del MOV_W haciendo que se traslade el

valor de la entrada IN hacia la salida OUT en este caso es el numero 1, este valor es

comparado y cierra el contacto M10.0 para deshabilitar la bobina Q0.0 en ese

instante todas las salidas del PLC son reiniciadas.

Gráfico 5.5: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin

Fuente: Los Autores. 2013

83



Cuando los contactos I1.1 , I1.0 y M10.0 se cierran el valor de la entrada del

MOV_W se mueve a la salida donde se encuentra la variable VW200 este valor es

comparado para activar la bobina M10.1 y colocar en el estado 1 la máquina. Cada

vez que el valor de la variable VW200 cambia en sentido ascendente se va realizando

el avance de estados de la máquina en este grafico se muestra parte del programa

para ver el programa completo revisar el anexo 4.



5.4.2 Recetas del Programa

Existen 5 subrutinas las cuales fueron creadas como recetas para realizar el

dosificado de los diferentes tamaños de envases y configurar los parámetros que se

84

necesitan para realizar el dosificado adecuado en cada una de las representaciones

que se desea envasar.

En esta subrutina se ingresan los parámetros de tiempo, que deseamos que el equipo

trabaje en este caso se muestra la receta para envases de 1 litro.

Tabla de Parámetros para Dosificar Envases de 1 litro.

Menú Datos Ingresados

Variables del PLC

Botella ingresada 8 VW212

Tiempo de llenado 110 VW204

Tiempo de vacio 10 VW208

Retardo de traba de salida 70 VW240

Retardo de traba de entrada 10 VW242

Retardo de banda transportadora 10 VW244

Tabla 5.5: Parámetros para dosificar envases de 1 litro Fuente: Los Autores, 2013

El valor ingresado en la variable VW212 corresponde al número de botellas que van

a ingresar para esta receta es el 8, el valor de 110 corresponde VW204 tiempo de

llenado, el valor 10 corresponde VW208 tiempo de vacío, el valor 70 corresponde

VW240 retardo de traba de salida, el valor 10 corresponde VW242 retardo de traba

de entrada y el valor 10 corresponde VW244 retardo de banda transportadora, en el

siguiente grafico se observa la subrutina para la receta de 1 litro, para ver el

programa de las otras recetas revisar el anexo 4.



85

Gráfico 5.9: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013

5.5 Funcionamientos de los estados de la máquina envasadora "N2"

5.5.1 Secuencia de la Máquina

Como se muestra en este segmento del programa cuando el contacto SM0.0 se cierra

se selecciona la subrutina ciclo de envasado, en esta subrutina se realiza toda las

secuencias del funcionamiento de la máquina.

86


En este segmento del programa se realiza el avance de la los estados de la máquina,

inicialmente se almacena en la variable de memoria VW200 el #1, y se compara

para activar la bobina M10.0. La secuencia es en el orden ascendente por tanto cada

vez que la variable VW200 cambia de numero en forma ascendente va aumentando

el estado en el que se encuentra la máquina. En el grafico se muestra parte del

segmento, para ver el segmento completo revisar el anexo 4.


5.5.2 Llenado del tanque de la envasadora N2

En el estado de inicio se empieza a llenar el tanque a través de la bomba neumática,

controlada por un sensor de nivel (CN). Si el sensor de nivel (CN) indica que el

tanque esta vacio, el contacto I0.6 se cierra y envía un pulso para que se active la

bobina Q0.4 y encender la bomba de llenado (B1), hasta que el sensor de nivel

indique que el tanque está lleno, en ese momento el contacto I0.6 se abre y corta la

87

señal de la bobina Q0.4 la cual se desactiva y se apaga la bomba (B1), la interface

entre el circuito de control y fuerza se lo realiza a través del relé K4.


5.5.3 Traba de entrada Retraída

En el estado 1 la bobina Q0.0 del PLC se desactiva cuando el contacto M10.1 se

cierra para que la traba de entrada se retraiga y permitir el ingreso de las botellas

hacia la posición de llenado, la electroválvula que controla el cilindro es (V1)

atreves de él relé K1 que es el elemento de interface.


88

5.5.4 Traba de Salida Extendida.

En el estado 2 la bobina Q0.1 del PLC se activa cuando el contacto M10.2 se cierra

para que la traba de salida se extienda y detener las botellas para dejarla ubicada en

la posición de llenado, la electroválvula que controla el cilindro es (V2).


5.5.5 Banda Transportadora Encendida

En el estado 3 se activa la bobina Q0.5 al cerrarse el contacto M10.3 para encender

la banda transportadora, el relé k5 es la interface entre el circuito de control y

fuerza.


5.5.6 Habilitación del Sensor de entrada de botellas

En el estado 3 el contacto M10.4 se cierra quedando habilitada la entrada CU del

contador C0, el contacto I0.5 está conectada a el sensor óptico (S4), cuando se

cierra el contacto I0.5 se envía la señal a el contador para registrar la cantidad

de botellas ingresadas que pueden ser 8 ó 4 dependiendo del tipo de envase que se

89

esté utilizando. El contacto M30.4 al cerrarse deja pasar la señal a la entrada R

para realizar el reset del contador el contacto de paro I1.1 realiza la misma función.


5.5.7 Traba de entrada extendida.

En el estado 5 la bobina Q0.0 se activa cuando el contacto M10.5 se cierra, para

extender la traba de entrada y detener el paso de las botellas, una vez que el número

de botellas ingresadas se ha completado.

El contacto M20.7 es utilizado en el modo de test y realiza la misma función al

presionar el teclado desde el panel operador.


90

5.5.8 Banda Transportadora OFF

En el estado 6 la bobina Q0.5 se desactiva al cerrarse el contacto M10.6 para

detener la banda transportadora.


5.5.9 Sellado de las Boquillas

En el estado 7 se activa la bobina Q0.2 para controlar la electroválvula V3 al

cerrarse el contacto M10.7, la electroválvula V3 permite el paso de aire para el

pistón del cilindro neumático se retraiga y las boquillas bajen introduciéndose en

las botellas.


El contacto M10.6 al cerrarse activa el temporizador T37 el cual empieza a

cronometrar un retardo de 2 segundos, el contacto T37 se cierra activando al estado

8.

91


El contacto I1.2 del PLC se cierra cuando el sensor magnético ubicado en el cilindro

de sellado detecta la posición del cilindro que debe estar retraído, en ese instante se

realiza el cambio al siguiente estado.


5.5.10 Tiempo de Llenado.

En el estado 8 empieza la dosificación del producto, cuando se cierra el contacto

M20.0 y Q0.3 el temperorizador T38 empieza a cronometrar el respectivo tiempo

seteado en la palabra VW204, en el instante que termina el tiempo se cierra el

contacto T38 para pasar al siguiente estado.

92



La bobina Q1.0 se activa cuando al cerrarse el contacto M20.3, el relé K9 está

conectado a una luz piloto que nos indica cuando esta dosificando la máquina, y se

desactiva cuando termina el proceso de dosificado al cerrarse el contacto M20.5 se

desactiva la bobina Q1.0


93

5.5.11 Pistón de Sellado Extendido

En el estado 9 el cilindro de sellado se extiende para liberar las boquillas de las

botellas por tanto la bobina Q0.2 se desactiva, al cerrarse el contacto M20.6 ó M31.1

y M13.1 desde el teclado del panel operador.


5.5.12 Traba de salida Retraída

En este estado 10 la bobina Q0.1 se desactiva cuando el contacto M20.7 se cierra,

para que la traba de salida se retraiga y permitir la salida de las botellas dosificadas.


5.5.13 Banda transportadora ON

El valor ingresado en la variable VW242 es un tiempo de retardo para el encendido

de la banda transportadora el temporizador T40 empieza a cronometrar cuando el

contacto M20.7 se cierra, en el instante que se cierra el contacto T40 pasa al

siguiente estado.

94


En este estado 11 la bobina Q0.5 se activa, cuando el contacto M30.0 se cierra y la

banda transportadora se enciende para transportar las botellas hacia la salida.


El valor ingresado en la variable VW240 es un retardo para la activación de la

traba de salida, temporizador T41 empieza a cronometrar cuando el contacto M30.1

se cierra, en el instante que el contacto T41 se cierra pasa al siguiente estado.

95


El contacto Q0.0 se encuentra cerrado y al cerrarse el contacto M30.2 se realiza el

cambio al estado 12.


En este estado 12 se desactiva la bobina Q0.0 para retraer la traba de entrada y se

activa Q0.1 para extender la traba de salida, al cerrarse el contacto M30.4.

96


5.6 Programación del HMI "OP7"

5.6.1 Configuración de recetas en el panel operador.

Por medio del panel operador OP7 tenemos acceso a la configuración de las 5

recetas que existen en el programa, las cuales se seleccionan dependiendo del tamaño

del envase que se utilice, los parámetros que se configuran en cada una de las recetas

son los siguientes:

• Ingrese número de botellas de entrada.

• Ingrese tiempo de vacío.

• Ingrese tiempo de llenado.

• Ingrese tiempo retardo de traba de salida

• Ingrese tiempo retardo de traba de entrada

• ingrese retardo de banda transportadora.

5.6.2 Configuración Mediante Simatic Protool / Pro CS V6.0

La configuración para el OP7 se creará en un ordenador (PC/PG) con el software de

configuración ProTool en Microsoft Windows. Una vez terminada la configuración,

ésta es transferida al OP7. Para este paso, el ordenador debe conectarse al panel de

operador. Después de la transferencia se debe acoplar el OP7 al control (PLC).

97

Ahora el OP7 comunica con el control y, con ayuda de los datos previos

proyectados, reacciona ante procesos del programa en el control.

Gráfico 5.31: Cuadro Esquemático de Fases de Configuración y Dirección de Procesos Fuente: Los Autores. 2013

5.6.3 Creación de proyecto En Simatic Protool/ Pro CS V6.0

El software simatic protool nos permite realizar las configuraciones y editar el

proyecto para la utilización del panel operador que estamos usando OP7.

Para crear un proyecto inicializamos el simatic protool y en el menú seleccionamos

nuevo, en esta primera ventana de asistente de proyecto seleccionamos equipo de

destino a utilizar en nuestro caso es el OP7, avanzamos con la opción siguiente y nos

muestra otra ventana para seleccionar el control en nuestro caso colocamos PLC_1 y

el protocolo que utilizaremos es el Simatic-200 V6.0.

A continuación se muestran las impresiones de las pantallas del programa que se

realizaron durante el proceso de programación, con estas graficas donde se evidencia

los pasos que se siguieron de acuerdo a los requisitos planteados.

98

Gráfico 5.32: Selección del equipo en el asistente de configuración Fuente: Los Autores. 2013

Gráfico 5.33: Configuración del dispositivo Fuente: Los Autores. 2013

99

Gráfico 5.34: Finalización de la Configuración Fuente: Los Autores. 2013

En la opción parámetros podemos visualizar la configuración de la red la cual tiene

perfil PPI y de velocidad es de 9.6, los parámetros del OP7 dirección 1, e interface

IF1B y por último el interlocutor de comunicación.

Gráfico 5.35: Configuración de Parámetros Fuente: Los Autores. 2013

Una vez configurado el asistente de proyecto, procedemos a crear las variables que

vamos a utilizar en nuestro proyecto.

100

Para crear las variables realizamos el siguiente procedimiento y usamos la siguiente

tabla.

Nombre Tipo Dirección Descripción BOT_IN WORD VW212

Contador de botellas

ENC_BANDA WORD VW242 Tiempo de encendido de banda transportadora

P_IN WORD VW244 Traba de entrada P_OUT WORD VW240 Traba de salida

T_LLENADO WORD VW204

Tiempo de llenado

T_VACIO WORD VW208 Tiempo de vacio RECETA_GALON BOOL M11.2 Receta para galón RECETA_LITRO BOOL M11.1 Receta para litro

OPERADOR BOOL M11.6 Menú de operador RECETA_3 BOOL M11.3

Receta 3

RECETA_4 BOOL M11.4 Receta 4 RECETA_5 BOOL M11.5 Receta 5

Tabla 5.6: Variables utilizadas en el programa de control


5.6.4 Creación de variables en protool.

Seleccionamos en el menú de herramientas insertar variable y se abre la ventana

variable, aquí colocamos el nombre de la variable en este caso nuestra variable se

llama BOT_IN, esta variable es de tipo WORD y el área es VW212, en control

tenemos la opción PLC_1 el cual ya configuramos anteriormente, aceptamos y de

esta forma se ha creado la variable BOT_IN.

Gráfico 5.36: Creación de las Variables


101

Gráfico 5.37: Listas de variables creadas Fuente: Los Autores. 2013

5.6.5 Creación de Imagen en Protool.

Luego creamos una imagen desde el menú de herramientas imágenes seleccionamos

nueva y aparece una ventana para crear la imagen en la cual vamos a insertar la

variable BOT_IN, desde la barra de herramientas colocamos insertar campo de

entrada/salida seleccionamos la variable BOT_IN, en el tipo de campo entrada,

representación decimal y damos aceptar. Las imágenes se guardan con el nombre de

PIC_1, como se observa en el grafico tenemos 5 imágenes creadas para este

programa.

Gráfico 5.38: Imagen del Programa Fuente: Los Autores. 2013

102

Gráfico 5.39: Campo de Entrada /Salida Fuente: Los Autores. 2013

La opción Operador del menú del proyecto se asigno la tecla K2, se ha seleccionado

la imagen PIC_3, esta imagen nos despliega las opciones para ingresar manualmente

los parámetros de trabajo de la maquia desde el panel operador. En la figura se

muestra el menú de recetas y la selección de imagen.

Gráfico 5.40: Menú de Recetas y Selección de Imagen Fuente: Los Autores. 2013

103

PRESUPUESTO

Cod. Articulo Descripción Cantidad P. Unitario TOTAL

1 Automatizacion de Envasadora de Quimicos 1 8200 8200,00

"N2"

1 Construccion de tanque de almacenamiento 1en acero inoxidable con capacidad para

2 Rediseño de banda transportadora de 3 mts 1con su respectiva guia, piñones y motoreductor y templadores

3 Construccion de pulmones de aire 24 Soporte porta boquillas de 1,22 mts 15 Construccion de juegos de 6 boquillas en 1

acero inoxidable para productos quimicos

6 Automatizacion y construccion de tablero 1electrico para comando de la envasadora

7 Juego de 6 cilindros neumatico para boquillas 18 Accesorios neumaticos, conectores 1

mangueras, reguladores de aires, silenciadores

electrovalvulas y actuadores

9 Cilindro neumatico para banco de boquillas 1

10 Cilindro neumatico para topes de botellas 1

Son: Nueve mil ciento ochenta y cuatro,00/100 dol ares Sub-Total $ $8.200,00

12% IVA $984,00

TOTAL $ $9.184,00

tanque, adicional visor en policarbonato65 galones, incluye tapa para limpieza del

CUADRO DE DETALLE DE MATERIALES USADOS Y COSTO TOTA L DEL PROYECTO

Tabla 1 Presupuesto total de la Máquina envasadora “N2” Fuente: Los autores

El 100% del costo del proyecto fue financiado por la empresa Dupocsa

104

CONCLUSIONES

� En el proyecto realizado en la empresa Dupocsa, se implementó la

automatización de una máquina envasadora para químicos herbicidas como

son glifosato y paraquat con control de volumen a presión constante y el

sistema de llenado por recirculación de liquido, aplicando los conocimientos

adquiridos durante el proceso de formación profesional, que permite tener

una visión adecuada y práctica de las diferentes etapas que se tienen en el

proceso.

� En el presente proyecto se incluyó varios conocimientos de Ingeniería como

son: Control de Procesos Industriales, Interfaces de Comunicación, Mandos

Neumáticos, Instrumentación, Control Industrial y sistemas mecánicos

industrial.

� Fue necesario trabajar en la parte mecánica en lo que respecta al diseño y

construcción del sistema de boquillas, tanque de almacenamiento para que

las limitaciones que se presenten no sean un problema en el momento en que

se implemente un sistema de control, y cumplir con las expectativas

propuestas en el mismo.

� Los dispositivos utilizados para de control en el sistema son de características

ON/OFF, los cuales son gobernados por el PLC y presentan resultados

satisfactorios de operación que garantizan el buen funcionamiento del

proceso.

� La implementación del panel de control permite desarrollar una interfaz

hombre máquina amigable, para el control y operación automática del

proceso.

� La configuración de los programas o recetas para dosificar los diferentes

tamaños de envase garantiza flexibilidad en la operación y funcionamiento

del proceso.

105

� El volumen de llenado en cada botella, de litro o galón, presenta un

porcentaje de error mínimo de +/- 0.3% en cada dosificación. Esto se

consigue con la implementación de las boquillas en cuyo mecanismo

presentan un sistema de recirculación que garantiza que el exceso de líquido

se regrese hacia el reservorio de almacenamiento.

� El Volumen del tanque de almacenamiento de la máquina es de 250 litros y el

llenado se lo realiza automáticamente en el proceso controlando una bomba

neumática.

� La automatización de este tipo de procesos resulta más conveniente en

algunos casos, que comprar un nuevo sistema, por los elevados costos que

representa la adquisición y el tiempo de recuperación de la inversión

realizada.

� De acuerdo con los datos obtenidos de la producción estimada para los

diferentes valores de volumen de dosificación, se concluye que el sistema

mejorará la producción de la línea de envasado brindando un margen de

competitividad.

RECOMENDACIONES

� Previo la utilización de la máquina se debe leer los manuales instructivos de

operación y mantenimiento, de tal manera que se realice las acciones

apropiadas para el buen funcionamiento del sistema y evitar daños en los

elementos de control.

� Se recomienda hacer un mantenimiento preventivo periódico de todo el

sistema, inclusive cuando el proceso no haya estado en funcionamiento,

debido a que el ambiente de polvo que existe en la planta, puede llegar a

causar anomalías en la operación de todo el proceso de dosificación.

106

� El sensor óptico que se encuentra en la parte externa de la máquina debe

mantenerse fijo en su base y limpio para que pueda trabajar correctamente

durante el proceso.

� Se recomienda tener cuidado con todas las conexiones realizadas en la

máquina, ya sean éstas eléctricas o neumáticas, para evitar cualquier lesión

sobre el personal.

� Cuando se requiera realizar un cambio en las partes mecánicas, eléctricas y

neumáticas implementadas en el sistema, hay que cambiarlas por nuevas que

sigan exclusivamente las dimensiones y forma presentada en los anexos.

� Realizar el respectivo cambio de los filtros de la unidad de mantenimiento

cada 6 meses para garantizar aire limpio y seco en las vías neumáticas de la

máquina.

� Lubricar el tornillo sin fin que realiza la calibración de la altura del banco de

boquillas.

� Se recomienda que todas las botellas que se empleen para el llenado sean del

mismo tipo, para asegurar un buen funcionamiento del sistema a nivel

mecánico y de control.

La automatización o mejoras realizadas en el funcionamiento de la máquina

envasadora de químicos “N2”, nos permitió tener un equipo idóneo y capaz de

cumplir con las expectativas de trabajo o producción requeridas por la empresa

Dupocsa.

Se pudo realizar mejoras en el llenado de los envases con el diseño, fabricación y

puesta en funcionamiento de boquillas idóneas para productos espumosos, y su

llenado exacto, también se pudo solucionar el problema de llenado automático del

tanque de almacenamiento de producto de la envasadora, como también problemas

de accionamiento de la banda transportadora, ingreso de botellas en la máquina.

107

Como recomendación que se pueda dar para el constante buen funcionamiento del

equipo es su constante mantenimiento tanto en la parte mecánica como en la parte

eléctrica para lo cual se dejo elaborado los manuales de funcionamiento del equipo y

de las fallas más comunes con sus respectivas soluciones.

Adjuntamos los manuales de funcionamiento, de fallas y soluciones, adicional los

anexos correspondientes.

108

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 2012

MES: MARZO

JUEVES 01 MARZO AL 03 MARZO

Revisar estado actual de la envasadora de químicos "N2", en las instalaciones de la

empresa DUPOCSA, verificar estado operativo.

LUNES 05 MARZO AL VIERNES 09 MARZO

Planificar de plan de trabajo a ser aplicado en la envasadora.

LUNES 12 MARZO AL VIERNES 16 MARZO.

Seleccionar el PLC y panel operador a ser utilizados en la automatización de la

máquina envasadora “N2”.

LUNES 19 MARZO AL VIERNES 23 DE MARZO.

Cotizar y comprar materiales eléctricos y neumáticos para la elaboración del tablero

de control de la envasadora “N2”.

LUNES 26 MARZO AL VIERNES 30 DE MARZO.

Cotizar y comprar planchas y tubos de acero inoxidable de diferentes medidas

seleccionadas para la fabricación del tanque de almacenamiento y estructura de la

máquina.

MES: ABRIL

LUNES 02 DE ABRIL AL VIERNES 06 DE ABRIL

Diseñar, construir e instalar el tablero de control de la máquina envasadora “N2”.

LUNES 09 DE ABRIL AL VIERNES 27 DE ABRIL

Construir tanque de almacenamiento de máquina envasadora “N2”, soldar tubos de

soporte de nueva estructura de la envasadora “N2”

MES: MAYO

LUNES 01 AL VIERNES 31 DE MAYO.

Visitar e investigar los diferentes tipos de boquillas de las máquinas envasadoras

existentes en las otras fabricas de químicos de Guayaquil, fallas y calibraciones más

comunes

MES: JUNIO

LUNES 04 DE JUNIO AL VIERNES 29 DE JUNIO.

109

Diseñar y construir boquillas que van a trabajar en el equipo envasador “N2”.

MES: JULIO.

LUNES 02 DE JULIO AL VIERNES 28 DE JULIO.

Mantenimiento de banda transportadora, junto con partes y piezas que la conforman.

MES: AGOSTO

LUNES 01 DE AGOSTO AL VIERNES 29 DE AGOSTO.

Realizar programa de control para el PLC y HMI

MES: SEPTIEMBRE

LUNES 02 SEPTIEMBRE AL VIERNES 27 DE SEPTIEMBRE.

Probar el funcionamiento del programa en el tablero de control de la envasadora

“N2”.

MES: OCTUBRE

LUNES 01 DE OCTUBRE AL MARTES 30 DE OCTUBRE.

Instalación de la máquina en la línea de producción de la empresa Dupocsa.

MES: NOVIEMBRE

JUEVES 01 DE NOVIEMBRE AL JUEVES 22 DE NOVIEMBRE.

Probar funcionamiento de la máquina envasadora con diferentes tipos de productos y

envases que se procesan en la empresa DUPOCSA.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 2013

MES: ENERO

VIERNES 04 DE ENERO AL VIERNES 25 ENERO.

Elaborar libro de tesis, recopilando datos obtenidos durante el proceso de

automatización y pruebas de la máquina envasadora “N2”

MES: FEBRERO

LUNES 04 DE FEBRERO AL VIERNES 22 DE FEBRERO.

Elaborar tablas de datos de las pruebas obtenidas en los diferentes tiempos de

producción con diferentes envases y productos.

MES: MARZO

LUNES 12 DE MARZO AL VIERNES 22 DE MARZO.

Capacitar al personal operador, supervisor e instructor sobre el funcionamiento de la

máquina envasadora “N2”.

MES: ABRIL

MARTES 17 DE ABRIL AL VIERNES 25 DE ABRIL.

Presentar libro de la monografía al tutor encargado de la tesis.

110

MES: MAYO

MARTES 14 MAYO AL JUEVES 23 DE MAYO.

Presentar primer borrador de tesis al consejo de carrera de Electrónica.

MES: JUNIO

MARTES 18 AL JUEVES 29 DE JUNIO.

Corregir observaciones realizadas al libro de tesis, solicitar visita de tutor y

profesores para verificación de funcionamiento de la envasadora “N2”.

MES: JULIO

LUNES 01 DE JULIO AL VIERNES 19 DE JULIO.

Realizar visita técnica del tutor encargado de la tesis junto con el profesor delegado,

entrega de nuevo libro de tesis corregido.

JUEVES 1 DE AGOSTO AL VIERNES 2 DE AGOSTO

Revisiones del documento.

111

BIBLIOGRAFÍA

Citas de textos.

CREUS SOLÉ, Antonio, Libro DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA, Edición N.- 2

México D.F.-México, Enero 2011

MALONEY, Timothy J, ELECTRÓNICA INDUSTRIA MODERNA, Edición N.-5,

México D.F.-México 2006

Citas de páginas de internet:

www.aryessrl.com.ar

http:///File:Glyphosate.svg?uselang=eshttp://www.dupocsa.com/content/fertilizantes.

php

http://www.directindustry.es/prod/camozzi/valvulas-neumaticas-manuales-5625-

429598.html

http://es.scribd.com/doc/40656323/Detectores-magneticos

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r88671.PDF

http://ocw.uc3m.es/ingenieriamecanica/neumaticahidráulica/transparencias/cilindros

Neumaticos.pdf

http://indumatic.blogspot.com/2009/07/blog-post_829.html

www.monografia.com/unidades mantenimiento

www.siemens.com

Catálogos de Productos

Catalogo digital SIMATIC HMI, OP7

Catalogo digital Altivar ATV12H037M2

Electrónica para industrias

Electricidad, Partes de un motor asíncrono trifásico, 2008.

Manual Simatic S7-200 Tecnología de control al Máximo Nivel

Manual de usuario ATV12H037M2

Manual de Usuario Simatic S7-200 CPU 224, 2005

112

Manual S7-200 PDF. Automata S7-200

Neumática Airmac S.A. Tableros didácticos de Cilindros y Actuadores Neumáticos

Photograph, Electronic component - relays, 2007

S7-200_ system_manual_es-ES.pdf

Byte, bit, palabra y doble palabra

Acceso a memorias de datos

Descripción del direccionamiento del PLC.

Acceso a diversas aéreas de memoria de la CPU

113

ANEXO 1

CARACTERÍSTICAS Y DATOS TÉCNICOS DE LA CPU 224

114

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS CPU 214, FAMILIA S7-200

Anexo 1 Gráfico 1 CPU 224 Fuente: Los autores

Anexo 1 Tabla 1: Características de software de CPU 224 Familia S7-200 Fuente: Manual Simatic S7-200 Tecnología de control al Máximo Nivel

HARDWARE

• Voltaje de alimentación de 220VAC. • 14 puntos de entrada • 10 puntos de salida. • Salida a relé • Montaje máximo a 7 módulos de expansión. • Comunicación por medio de cable PPI. • Formato compacto • Conectibilidad por medio de puerto RS-485.

Anexo 1 Tabla 2: Características de Hardware de CPU 224 Familia S7-200 SIEMENS Fuente: Manual Simatic S7-200 Tecnología de control al Máximo Nivel

SOFTWARE

• STEP 7-Micro/WIN • Gran facilidad de uso • Estándar Windows • Parametrizar en lugar de

programar: los asistentes • Gran repertorio de instrucciones, • aplicables por simple «arrastrar

& colocar» • Función de visualización de

estado para lenguajes AWL, KOP y FUP

115

Características destacadas

• Tarjeta de memoria para Data Logging, administración de recetas, almacenamiento de proyecto Micro/WIN, archivo de la documentación en formatos diversos

• Función PID Auto Tune • 2 puertos integrados amplían las

posibilidades de comunicación, p. ej. con equipos externos (CPU 224 XP, CPU 226)

• CPU 224 XP con entradas y salidas analógicas integradas

Anexo 1 Tabla 3: Características destacadas de CPU 224 Familia S7-200 SIEMENS Fuente: Manual Simatic S7-200 Tecnología de control al Máximo Nivel

Características técnicas generales

• Formato compacto • Extensa funcionalidad básica • Ampliable modularmente • Puerto RS 485 integrado para empleo en bus

de sistema • Excelente respuesta en tiempo real • Control secuencial y de proceso

extremadamente rápido y preciso • Supervisión sin lagunas de procesos de

tiempo crítico gracias a interrupciones temporizadas

• Simple y cómodo sistema de conexión mediante regletas desenchufables en CPU y módulos de ampliación, es decir, cableado

• independiente

Anexo 1 Tabla 4: Características técnicas del CPU 224 Familia S7-200 SIEMENS Fuente: Manual Simatic S7-200 Tecnología de control al Máximo Nivel

116

ANEXO 2

MANUAL DE USUARIO DE LA MÁQUINA ENVASADORA N2

117

ANEXOS 2: MANUAL DE USUARIO

ENVASADORA DE QUÍMICOS N2

Descripción

Máquina dosificadora para el envasado de productos químicos a base de agua, de

viscosidad mediana.

Boquillas diseñadas para el control del envasado de productos espumosos con una

precisión en el llenado de hasta el 0.5%.

Capacidad de almacenaje en el reservorio del equipo de hasta 250 litros,

alimentación hacia el equipo por medio de bomba neumática.

Velocidad de la banda transportadora regulable de 0 a 10 mts por minutos, tablero de

control totalmente automatizado.

Anexo 2 Gráfico 1 Máquina Envasadora N2 Fuente: Los autores

118

Máquina totalmente diseñada en acero inoxidable lo que la hace ideal para el trabajo

en ambientes agresivos o químicos.

DATOS TÉCNICO

Calibración del Banco de Boquillas.

• Conectamos la máquina al voltaje de trabajo, 220 VCA monofásico.

• Verificamos que la presión de aire en la entrada este dentro del rango de 85

a 100 PSI.

• Ubicar las botellas en formación de llenado, es decir debajo de cada boquilla

como se observa en el gráfico.

• Encender la máquina y verificar que el botón de paro de emergencia no esté

accionado.

Anexo 2 Gráfico 2 Envasadora de Químicos N2, Calibración de boquillas Fuente: Los autores

Voltaje de Alimentación 220 VAC. Monofásico Potencia 1.2 KW presión de Aire de Entrada 80 a 100psi Número de Boquillas 8 boquillas Capacidad del Tanque 250 litros Capacidad de Llenado 0.5 litros a 3.89 litros Velocidad de Llenado 16 botellas por minutos Tipo de Fluidos a Envasar Fluidos Medianamente Viscosos Tipo de Envases Botellas Plásticas Velocidad de la Banda Transportadora 0 a 10 mts. / minutos Estructura del Equipo Acero Inoxidable Principio de funcionamiento Llenado por Caída Libre Porcentaje de error envasado +/- 0.5 % de error en el envasado

Medidas de las máquina 3mts de largox2,50mts de altox2mts de ancho

• En la pantalla

principal, para ingresar al menú pulsar la tecla F1

Anexo 2 Gráfico

• Con el cursor inferior del teclad

• Seleccionamos la opción descarga pulsando la tecla K4.

Anexo 2 Gráfico

• En la pantalla del panel operador Pistón ON (F1de las boquillas que existe con referencia a los envases ya sea de litro o galón.

119

En la pantalla del panel del operador se enciende y se muestra

para ingresar al menú pulsar la tecla F1.

Anexo 2 Gráfico 3 Manual de Envasadora de Químicos N2, Mensaje de InicioFuente: Los autores

cursor inferior del teclado buscamos la opción descarga

Anexo 2 Gráfico 4 Teclado de panel operador Fuente: Los autores

Seleccionamos la opción descarga pulsando la tecla K4.

Anexo 2 Gráfico 5 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de Opciones Fuente: Los autores

la pantalla del panel operador se muestra las siguientes opciones:F1) se utiliza para bajar el pistón de sellado y verificar la altura

de las boquillas que existe con referencia a los envases ya sea de litro o

y se muestra el mensaje

, Mensaje de Inicio

o buscamos la opción descarga.

, Menú de Opciones

se muestra las siguientes opciones: se utiliza para bajar el pistón de sellado y verificar la altura

de las boquillas que existe con referencia a los envases ya sea de litro o

120

Pistón OFF (F2) se utiliza para subir el pistón de sellado y liberar las boquillas de los envases. Para salir del menú de test pulsar K4

Anexo 2 Gráfico 6 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de Test Actuadores Fuente: Los autores

Anexo 2 Gráfico 7 Manual de Envasadora de Químicos N2, Mensaje de Salida Fuente: Los autores

Para regular la altura de las boquillas se debe girar este tornillo, ajustar hasta obtener la altura adecuada entre las boquillas y las botellas.

Anexo 2 Gráfico 8 Manual de Envasadora de Químicos N2, Calibración de la Altura de Boquillas Fuente: Los autores

Configuración de parámetros para la Receta de Operador.

• En la pantalla se muestra el menú principal pulsamos la tecla F1 para entrar al

menú de recetas, seleccione la opción operador pulsando la tecla K2, Esta

opción nos permite ingresar los tiempos de trabajo de la máquina.

Anexo 2 Gráfico

En la pantalla se muestra el mensaje para ingresar y luego presione enter, este valor puede ser del el valor y luego pulsamos la tecla enter para guardar el valor ingresado

Anexo 2 Gráfico

• El siguiente mensaje ingrese

depende del tipo de envase que se está

el tiempo es de 15 segundo si es para envase de 1 galón el tiempo es de 32

segundos, el valor que se ingresa se debe

queremos que el tiempo de envasado de un producto sea de 10 seg.

ingresar 100, de

funcionamiento.

Anexo 2 Gráfico

• El siguiente parámetro de funcionamiento es el tiempo de vacío o tiempo en

que la máquina deja de dosificar este tiempo se coloca 2

121

Anexo 2 Gráfico 9 Manual de Envasadora de Químicos N2, Menú de RecetaFuente: Los autores

En la pantalla se muestra el mensaje para ingresar el número de botellasy luego presione enter, este valor puede ser del 1 al 8, mediante el teclado se ingresa

pulsamos la tecla enter para guardar el valor ingresado

Anexo 2 Gráfico 10 Menú de Configuración de Cantidad de botellas a IngresarFuente: Los autores

l siguiente mensaje ingrese tiempo de llenado, el valor de este tiempo

depende del tipo de envase que se está utilizando si es para envase de 1 litro


segundos, el valor que se ingresa se debe multiplicar

queremos que el tiempo de envasado de un producto sea de 10 seg.

de esta forma se ingresa los tiempos en los demás parámetros de

funcionamiento.

Anexo 2 Gráfico 11 Menú de Configuración del Tiempo de LlFuente: Los autores

El siguiente parámetro de funcionamiento es el tiempo de vacío o tiempo en

máquina deja de dosificar este tiempo se coloca 2 segundos

, Menú de Receta

el número de botellas de entrada , mediante el teclado se ingresa

pulsamos la tecla enter para guardar el valor ingresado.

de Configuración de Cantidad de botellas a Ingresar

el valor de este tiempo

si es para envase de 1 litro


por 10, es decir si

queremos que el tiempo de envasado de un producto sea de 10 seg. Debemos

en los demás parámetros de

Llenado

El siguiente parámetro de funcionamiento es el tiempo de vacío o tiempo en

segundos.

122

Anexo 2 Gráfico 12 Menú de Configuración de Tiempo de Vacío

Fuente: Los autores

• El tiempo de retardo de pistón de salida, este tiempo se debe setear entre un

periodo de 1 a 4 segundo para garantizar que al momento de accionar el

pistón este no choque con la ultima botella envasada.

Anexo 2 Gráfico 13 Menú de Configuración de Tiempo de Retardo del Pistón de Salida

Fuente: Los autores

• El parámetro que sigue es el tiempo de accionamiento de la banda

transportadora, este tiempo es de 2 segundos.

Anexo 2 Gráfico 14 Menú de Configuración de Retardo de la Banda Transportadora

Fuente: Los autores

• Ingrese el retardo del pistón de entrada, este tiempo debe de ser 2 a 4

segundos.

Anexo 2 Gráfico 15 Menú de Configuración de Retardo de Pistón de Entrada

Fuente: Los autores

123

Nota.- al momento que se están ingresando los parámetros de funcionamiento debemos presionar la tecla de enter y la del cursor hacia abajo para navegar de una opción a otra.

• Una vez ingresado todos los parámetros de funcionamiento en el equipo se

debe presionar la tecla F1, la cual nos permitirá grabar en la memoria del

PLC de la máquina.

Anexo 2 Gráfico 16 Mensaje Para Guardar la Configuración Realizada

Fuente: Los autores

• Presionamos el pulsante de arranque y comenzamos a ingresar los envases en

la botella.

• Si tenemos alguna emergencia durante el proceso de envasado presionamos el

botón de emergencia situado en el panel eléctrico de la máquina.

PROBLEMAS MÁS FRECUENTES EN EL PROCESO DE ENVASADO

� ¿Por qué al momento de haber ingresado todos los envases que se desea

dosificar, no se inicia el ciclo de llenado?

Se debe revisar que el sensor de producto este limpio, que el sensor de producto este

correctamente enfocado con el espejo reflector.

Que las botellas no estén pasando frente al sensor de manera muy junta lo que no

permita que el sensor diferencie un envase de otro.

La altura del sensor sea mayor al cuello de la botella.

� ¿Porque el pistón de salida de la máquina choca con la ultima botella?

El tiempo de retardo o accionamiento ingresado es mínimo con el tiempo de

recorrido de salida de las botellas, se debe aumentar este tiempo.

124

� ¿Tengo problemas con sistema neumático de la máquina, cual es el

problema?

La cantidad de aire presurizado al sistema no sea el adecuado, verificar que la

presión sea de 80 a 100PSI.

Chequear que no existan fugas de aire en el sistema neumático.

� ¿No se está llenando correctamente el tanque de almacenamiento de la

envasadora?

No se está cebando correctamente la bomba hidráulica en el recipiente de

alimentación, cantidad de producto en el recipiente de alimentación es bajo o vacio.

Switch automático de la bomba se encuentra en posición OFF, bomba deshabilitada.

� ¿Existen derrames de productos en las boquillas en el momento de dosificar?

Posición de las boquillas al momento de ingresar en las botellas es incorrecta,

boquillas mal ubicadas.

Cuadrante de las boquillas no está bien ajustada, existen fugas al momento de sellar

los envases existen fugas de productos

Descripción general del equipo.

� Equipo puede dosificar en presentaciones desde 0.5 a 3.89 litros, para envases

de 0,5 lts. a 1 lt se utilizan las ocho boquillas, para presentación de galón o de

3.89 lts solamente se utilizan 4 boquillas

� Verificamos que no exista fuga de aire en las botellas que puede ocasionar

que el producto se derrame, la máquina cuenta con una opción que nos

permite testear la cual se programa de la siguiente manera:

• Presionamos la tecla F1 del panel de operador del equipo para ingresar a las

principales de las opciones, esta nos permite ubicarnos en la primera pantalla

de funcionamiento.

125

• Con el curso de ubicación, presionamos la flecha de hacia abajo el cual nos

permitirá ingresar a otra segunda pantalla, en donde podemos encontrar varias

opciones, y una de esas opciones es la de calibración (tecla K4)

• Presionamos esta tecla y automáticamente ingresamos a una tercera pantalla,

en la cual tenemos programado de la siguiente manera.

• F1 banco de boquillas se activa, bloque baja, pistón grande se acciona.

• F2 banco de boquillas se desactiva, bloque sube, pistón grande se desactiva

Listado de partes y piezas que conforman la Envasadora de Químicos “N2”.

Elementos Neumático

ÍTEM PARTE DESCRIPCIÓN TÉCNICA

01 Unidad de

mantenimiento

Regulador con sistema de retención de agua y

aceites, con manómetro de escala de 0 a 150 psi.

02 Trabas de entrada y

salida

Cilindros neumáticos de 5 mm diámetro del

vástago y 5 cm de recorrido, racores de 1/8 `para

manguera N.- 6

03 Cilindro Principal Cilindro neumático de 2,5 cm de diámetro del

vástago y 30 cm de recorrido el vástago, racores de

½ para manguera N.- 10

04 Bomba Neumática Para uso de productos químicos, sistema interna

por membrana, punto de aire para manguera N.-6.

Clan de entrada y de salida de ½”, caudal de la

bomba 35 mts cúbicos por minutos.

05 Maninfold Sistema de almacenamiento de aire, con el cual se

garantiza que la capacidad de aire sea constante,

entrada de aire conector de ½ para manguera N.-

10 y cada uno de las tomas con conector ¼ para

manguera N.- 6

06 Racores Conectores en acero inoxidable de rosca de hilo

fino de ¼ y ½ con conectores para manguera N.-

6,8 y 10

126

07 Mangueras

neumáticas

Mangueras de medidas N.- 6,8 y 10 que soportan

presiones de hasta 200 psi.

08 Actuadores

neumáticos

Mecanismo 5 a 2, 3 entradas 2 salidas conmutadas,

las cuales solo se utiliza una entrada, las otras dos

entradas se anulan colocando tapones o

silenciadores de piedra.

Anexo 2 Tabla 1 Manual de Envasadora de Químicos N2 Fuente: Los autores

Elementos Eléctricos

01 Breaker principal Breaker bipolar de 15 Amp, para ser montado en

riel DIN, tipo caja moldeada, de accionamiento

rápido, protección general para todo el sistema

eléctrico de la envasadora.

02 Breaker PLC Breaker un solo polo de 2 Amp, para ser montado

en riel DIN, tipo caja moldeada, de accionamiento

rápido, protección eléctrica para el PLC- Siemens

de la máquina envasadora.

03 Breaker Banda

Transportadora

Breaker bipolar de 6 Amp, para ser montado en

riel tipo DIN, tipo caja moldeada, de accionamiento

rápido, protección eléctrica del motor y variador de

velocidad

04 Breaker Sensores y

fuente de poder

Breaker bipolar de 12 Amp, para ser montado en

riel tipo DIN, tipo caja moldeada, de accionamiento

rápido, protección eléctrica de la fuente de poder de

24VDC/10 Amp que alimenta sensores de poder y

relés de accionamiento.

05 Relés Electrónicos Relé electrónico para ser montado en riel tipo DIN,

de bobina de 24 VDC, contacto conmutado.

06 Luces Piloto Luces piloto de tecnología Led, alimentación de

220 VAC, medida de la ranura de 22 mm

07 Pulsador de arranque Pulsador de 22 mm, contacto interno totalmente

abierto antes del accionamiento.

08 Pulsador de Pulsador de 22mm contacto interno totalmente

127

Emergencia cerrado antes del accionamiento, para ser usado en

emergencias del equipo.

09 Contactor Contactor de bobina 220VAC, capacidad de 18

Amp, para activación de motor de banda

transportadora.

10 Sensor Fotoeléctrico Sensor fotoeléctrico de haz de luz con sistema

refractivo que se activa cuando la luz es

interrumpida, voltaje de funcionamiento 24 VDC,

de trabajo pesado, totalmente hermético.

11 Sensor de nivel Sensor de nivel electrónico, con salida a contactos

conmutados, voltaje de alimentación 220 VAC, con

base de 8 pines redondos.

12 Electrodos – sensor

de nivel

Varillas de acero inoxidable de 3 mm de diámetro.

Van ubicados dentro del tanque de

almacenamiento.

13 Base para electrodos Base plástica para sujetar los electrodos del sensor

de nivel, se encuentra ubicado en la parte superior

del tanque

14 Tablero Metálico Tablero metálico, pintado con pintura para

ambientes agresivos, con fondo falso de 3 cm de

alto, medidas 58cmx70cmx28cm

15 Cable de poder Cable concéntrico 3x8, 3 cables de calibre numero

8.

16 Selector de 2

posiciones

Selector de 2 posiciones, ON-OFF, de 22 mm, para

activación de sistema automático del tanque de

almacenamiento de la máquina

17 Borneras Borneras apilables para cable N.-16, para riel DIN

18 PLC-Siemens Plc Siemes, Familia S7-200 CPU-224 , voltaje de

alimentación 220VAC salidas a relé, 8 entradas 10

salidas.

19 Variador de

velocidad

Variador de velocidad para motores de hasta ½ de

HP, 220 VAC de alimentación y salida 220 VAC

trifásico, Marca Telemecanique, modelo

128

ATV12H037M2 ALTIVAR de Schneider Electric

20 OP-7 Pantalla HMI Pantalla de ingreso de parámetros de funcionamiento

21 Motor trifásico Motor trifásico de ½ Hp, 220 VAC. 1800 rpm.


Elementos Hidráulicos.

01 Boquillas

dosificación

Compuesta por 3 partes:

1.- Ingreso de producto, entrada para manguera de

¾ , en acero inoxidable

2.- Octurador comando con sistema de resorteo,

aislado herméticamente por sellos vulcanizados,

capaces de resistir químicos agresivos.

3.- Salida de producto o recirculación, salida para

manguera de ¾”, en acero inoxidable.

02 Mangueras

dosificación

Manguera de teflón y carbón con alma de acero de

medida de ¾” para uso en químicos agresivos.

03 Llaves de paso Ubicados entre el tanque de almacenamiento y las

boquillas, entrada para rosca de ½ y salida neplo

de ¾” de

04 Manguera de llenado Ubicada entre la bomba neumática y el tanque de

almacenamiento, medida de la manguera de 1”


129

ANEXO 3

MANUAL DE FALLAS Y POSIBLES SOLUCIONES

130

ANEXO 3: MANUAL DE FALLAS DEL EQUIPO Y POSIBLES SOLUCIONES

Banda transportadora no enciende

� Revisar variador de velocidad que los parámetros de funcionamiento sean

los regulares de trabajo, que el variador de velocidad se encuentre energizado

y correctamente cableado.

� Revisar contactor, que la bobina de accionamiento se encuentre en buen

estado, que los cables de alimentación se encuentren en buen estado, que los

contactos de accionamiento no estén pegados.

� Revisar potenciómetro del variador, no este dañado ni desconectado.

� Revisar motor, que le llegue el suficiente voltaje para su funcionamiento, que

la bobina del motor no esté quemada, no exista trabas en el eje del motor, que

el eje no esté roto.

� Revisar caja de reducción, no exista piñones ni engranes rotos, que este

totalmente lubricado y engrasado.

� Revisar relé Q5, no este quemado o esté bien colocado en su base de sócalo

de trabajo, este relé es el encargado de activar la bobina del contactor.

Anexo 3 Gráfica 1 Manual de fallas Fuente: Los autores

131

Anexo 3 Gráfica 2 Manual de fallas Fuente: Los autores

Traba de entrada no se activa.

� Revisar el suministro de aire comprimido este en los niveles adecuado de

trabajo, esto es de 80 a 100 PSI.

� Revisar electroválvula V1, que la bobina actuadora este en buen estado que

no esté quemada ni abierta, los cables de alimentación hacia la bobina estén

en buen estado, verificar que el voltaje que le llegue a la bobina sea el

correcto 220VAC.

� Revisar relé Q1, que no esté quemada o abierta, este relé es el encargado de

activar la bobina actuadora de la electroválvula V1.

� Revisar cilindro de entrada, ubicado en el inicio de la banda transportadora,

que las mangueras de entrada como de salida estén correctamente colocada y

ajustada, que no existan fugas ni deterioro de las mismas.

� Asegurarse que no exista fuga de aire en manifold principal del equipo.

� Revisar fuente de poder SP1.

Anexo 3 Gráfica 3 Manual de fallas

Fuente: Los autores

Traba de salida no se activa.

132






correcto 220VAC.



� Revisar cilindro de entrada, ubicado al final de la banda transportadora, que

las mangueras de entrada como de salida estén correctamente colocada y



� Revisar fuente de poder SP1.

Anexo 3 Gráfica 4 Manual de fallas, Figura de traba de salida

Fuente: Los autores

Anexo 3 Gráfica 5 Manual de fallas, Figura de electroválvula de traba de salida

Fuente: Los autores

Contador de botellas no trabaja.

133

� Revisar fuente de alimentación SP1, que este brindando los voltajes

adecuados, 24VDC.

� Revisar sensor óptico emisor y receptor, que los lentes estén limpios o libres

de humedad, que se encuentren en buen estado.

� Revisar la sensibilidad del sensor de producto sea la correcta.

� Que la altura de cesamiento sea la adecuada, que diferencia espacios entre

productos.

� Que el espejo reflectivo se encuentre cuadrado con el haz de luz que emite el

emisor, se encuentre limpio y libre de humedad.

� Verificar que el cable de alimentación de el sensor este en buen estado, que

no esté roto ni aplastado, que exista un buen contacto en los bornes de

conexión de la misma.

Anexo 3 Gráfica 6 Manual de fallas, Figura de sensor de entrada, ubicado al inicio del área de

dosificación

Fuente: Los autores

Cilindro de sellado no trabaja.






correcto 220VAC.



134

� Revisar cilindro de entrada, ubicado al final de la banda transportadora, que

las mangueras de entrada como de salida estén correctamente colocada y


� Revisar que banco de boquillas este libre en su movimiento, que este

correctamente engrasado y lubricado.


� revisar fuente de alimentación PS1

Anexo 3 Gráfica 7 Manual de fallas, Figura de cilindro de banco de dosificación de máquina

envasadora “N2”

Fuente: Los autores

Bomba Neumática no trabaja.



� Revisar electroválvula V4, comprobar que este correctamente alimentada por

220VAC al momento de trabajar, verificar que no existan fugas de aire en las

mangueras, ni que estén dobladas.

� Verificar que estén bien identificados la entrada y salida de la bomba

neumática y estén correctamente conectados

� Comprobar que el caudal de aire que alimenta a la bomba sea el adecuado,

35mts cúbicos por minuto.

� revisar relé Q5, que se esté energizando cuando se vaya a prender la bomba

neumática, comprobar que la bobina este en buen estado y que este haciendo

contacto con la base socket.

� Comprobar correcto funcionamiento del programa y del PLC.

135

Anexo 3 Gráfica 8 Manual de fallas, Figura de bomba neumática, generalmente usada para

aplicaciones de traslado de químicos

Fuente: Los autores

Panel operador no trabaja.

� Revisar la fuente de alimentación, que este proporcionando los voltajes

adecuados (24VDC) al panel.

� Revisar cable de comunicación PPI, que no se encuentre cortado, doblado o

en mal estado, verificar que los conectores estén en buen estado.

� Verificar que el panel del operador se encuentre en buen estado, que las teclas

no estén dañada o sucias.

Anexo 3 Gráfica 9 Manual de fallas, Figura de OP7, ubicado en el panel de control de la envasadora

“N2”

Fuente: Los autores

Botellas se llenan de forma desigual.

� Ver que el nivel de líquido en el tanque del equipo sea el adecuado (tanque

más de la mitad de su capacidad de trabajo).

� Comprobar que las boquillas no estén tapadas.

136

� Comprobar que las mangueras estén libres de dobladuras o que presenten

fugas.

� Verificar que las llaves de paso estén abiertas a su total capacidad.

� Comprobar que las boquillas estén totalmente niveladas en el banco de

llenado.

� Verificar que el estado de los supples de caucho sean óptimos, que no estén

deformados ni rotos.

� Comprobar que estado de los resortes de las boquillas sea el correcto,

elasticidad adecuada, no muy tenso.

137

ANEXO 4

PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC.

138

Bloque: PRINCIPAL Autor: Fecha de creación: 10.04.2012 15:47:12 Fecha de modificación: 02.07.2013 18:56:01

Símbolo Tipo var. Tipo de datos Comentario TEMP

TEMP

TEMP TEMP

ENVASADORA N2 PROGRAMA PRINCIPAL

Network 1

MENU DE RECETAS

SELECCIÒN DE RECETAS

SM0.0 TF1

TF2

TF3

TF4

TK1

TK2

RECETA_LITRO

EN

RECETA_GALON

EN

RECETA_MED_L~

EN

RECETA_4

EN

RECETA_5

EN

OPERADOR

EN

Símbolo Dirección Comentario TF1 M11.1 RECETA PARA 1 LITRO TF2 M11.2 RECETA PARA 1 GALON TF3 M11.3 RECETA PARA 1/2 LITRO TF4 M11.4 RECETA 4 TK1 M11.5 RECETA 5 TK2 M11.6 OPERADOR

Network 2

CICLO DE ENVASADO

SM0.0 CICLO_ENVASA~

EN

139

Network 3

TEST DE LA MAQUINA

M10.0 M12.0 MOV_W

EN

ENO

+25 IN OUT VW200

M12.1 MOV_W

EN

ENO

+26 IN OUT VW200

Network 4

RESET DE LA MAQUINA

PARO

/

MOV_W

EN

ENO

M12.6 +1 IN OUT VW200

M13.4

Símbolo Dirección Comentario PARO I1.1 RESET DE MAQUINA

Network 5

CAMBIO A ESTADO 1

PARO START M10.0 MOV_W

EN

ENO

5.A

+2 IN OUT

5.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario PARO START

I1.1 I1.0

RESET DE MAQUINA ENCENDIDO DE LA MAQUINA

140

Network 6

CAMBIO A ESTADO 2

M10.1 K1

/

MOV_W

EN

ENO

+3 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario K1 Q0.0 TRABA DE ENTRADA

jjjkjqsfl,-mnbbhjjjkkkkj

Network 7

CAMBIO A ESTADO 3

M10.2 K2 MOV_W

EN

ENO

+4 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario K2 Q0.1 TRABA DE SALIDA

Network 8

CAMBIO A ESTADO 4

M10.3 K5 MOV_W

EN

ENO

+5 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario K5 Q0.5 MOTOR DEL TRANSPORTADOR

141

Network 9

CAMBIO A ESTADO 5 RETRAZO DE TRABA DE ENTRADA

M10.4 B_IN

<=I

CT1

IN

T_BANDA PT

T42

T42

TON 100 ms

MOV_W

EN

ENO

9.A

+6 IN OUT

9.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario B_IN CT1 T_BANDA

VW212 C0 VW244

CANTIDAD BOTELLA INGRESADA CONTADOR DE BOTELLAS RETARDO DE BANDA TRANSPORTADORA

Network 10

CAMBIO A ESTADO 6

M10.5 K1 MOV_W

EN

ENO

+7 IN OUT VW200


142

Network 11

CAMBIO A ESTADO 7

M10.6 K5 T37

/ IN

TON

+20 PT 100 ms

11.A

T37 MOV_W

EN

ENO

+8 IN OUT

11.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario K5 Q0.5 MOTOR DEL TRANSPORTADOR

Network 12

POSICIÒN DEL CILINDRO DE SELLADO ABAJO

M10.7 S3 MOV_W

EN

ENO

+9 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario S3 I1.2 SENSOR MAGNETICO

Network 13

CAMBIO A ESTADO 10

M20.1 Q0.3

/

MOV_W

EN

ENO

+10 IN OUT VW200

143

Network 14

TEMPORIZADOR DE LLENADO

M20.0 Q0.3 T38

IN

TON

T_LLENADO PT

T38

100 ms

MOV_W

EN

ENO

14.A

+11 IN OUT

14.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario T_LLENADO VW204 TIEMPO DE LLENADO

Network 15

CAMBIO A ESTADO 12

M20.2 Q0.3

/

MOV_W

EN

ENO

+12 IN OUT VW200

144

Network 16

TEMPORIZADOR DE VACIO

M20.3 K9 T39

IN

TON

T_VACIO PT

T39

100 ms

MOV_W

EN

ENO

16.A

+14 IN OUT

16.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario K9 T_VACIO

Q1.0 VW208

INDICADOR DE DOSIFICADO TIEMPO DE VACIO

Network 17

M20.5 K9

/

MOV_W

EN

ENO

+15 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario K9 Q1.0 INDICADOR DE DOSIFICADO

145

Network 18

M20.6 S3

/

MOV_W

EN

ENO

+16 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario S3 I1.2 SENSOR MAGNETICO

Network 19

RETARDO PARA ENCENDIDO DE BANDA TRANSPORTADORA

M20.7 K2 T40

/ IN

TON

T_IN PT 100 ms

19.A

T40 MOV_W

EN

ENO

+17 IN OUT

19.A

VW200

Símbolo

Dirección

Comentario K2 T_IN

Q0.1 VW242

TRABA DE SALIDA RETARDO TRABA DE ENTRADA

146

Network 20

M30.0 K5 MOV_W

EN

ENO

+18 IN OUT VW200


Network 21

RETRAZO DE TRABA DE SALIDA

M30.1 T41

IN

TON

T_OUT PT 100 ms

T41 MOV_W

EN

ENO

+19 IN OUT VW200

Símbolo Dirección Comentario T_OUT VW240 RETARDO TRABA DE SALIDA

Network 22

CAMBIO A ESTADO 12

M30.2 K1 MOV_W

EN

ENO

+21 IN OUT VW200


147

Network 23

ACTIVACION DE SENSOR DE ENTRADA

M30.4 K2 MOV_W

EN

ENO

+5 IN OUT VW200


Network 24

CONTROL DE BOMBA NEUMATICA

PARO START M15.0

M15.0

Símbolo Dirección Comentario PARO I1.1 RESET DE MAQUINA START I1.0 ENCENDIDO DE LA MAQUINA

Network 25

ENCENDIDO BOMBA NEUMATICA

M15.0 CN K4

Símbolo Dirección Comentario CN K4

I0.6 Q0.4

SENSOR DE NIVEL BOMBA NEUMATICA

148

Bloque: CICLO_ENVASADO Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:02 Fecha de modificación: 16.05.2013 20:37:07

Símbolo

EN Tipo var.

IN Tipo de datos Comentario

BOOL IN IN_OUT OUT TEMP

149

CICLO DE DOSIFICADO

Network 1

ESTADOS DE LAMAQUINA

SM0.0 VW200

==I

+1

VW200

==I

+2

VW200

==I

+3

VW200

==I

+4

VW200

==I

+5

VW200

==I

+6

VW200

==I

+7

VW200

==I

+8

VW200

==I

+9

VW200

==I

+10

VW200

==I

+11

VW200

==I

+12

VW200

==I

+13

VW200

==I

+14

VW200

==I

+15

VW200

==I

+16

M10.0 M10.1 M10.2 M10.3 M10.4 M10.5 M10.6 M10.7 M20.0 M20.1 M20.2 M20.3 M20.4 M20.5 M20.6 M20.7

150

VW200

==I

+17

VW200

==I

+18

VW200

==I

+19

VW200

==I

+20

VW200

==I

+21

VW200

==I

+22

VW200

==I

+25

VW200

==I

+26

M30.0 M30.1 M30.2 M30.3 M30.4 M30.5 M31.0 M31.1

Network 2

RESET DE SALIDAS

M10.0 K1

R

11

M13.5

R

1


Network 3

ESTADO 1 TRABA DE ENTRADA RETRAIDA

M10.1 K1

R

1


151

Network 4

ESTADO 2 TRABA DE SALIDA EXTENDIDA

M10.2 K2

S

1


Network 5

ESTADO 3 BANDA TRANSPORTADORA ENCENDIDA

M10.3 K5

S

1


Network 6

ESTADO 4 SENSOR DE ENTRADA ACTIVADO

S4 M10.4 CT1

CU

CTU

PARO

/ R

M30.4 +1 PV

Símbolo Dirección Comentario CT1 C0 CONTADOR DE BOTELLAS PARO I1.1 RESET DE MAQUINA S4 I0.5 SENSOR OPTICO

Network 7

ESTADO 5 TRABA DE ENTRADA EXTENDIDA

M10.5 K1

S

1

M20.7


152

Network 8

ESTADO 6 BANDA TRANSPORTADORA DETENIDA

M10.6 K5

R

1


Network 9

ESTADO 7 ACTIVACION DE PISTON DE SELLADO

M10.7 K3

S

1

M31.1 M13.0

Símbolo Dirección Comentario K3 Q0.2 PISTON DE SELLADO

Network 10

ESTADO 8 PISTON DE SELLADO EXTENDIDO

M20.0 K3

S

1

M31.0 M12.4

M31.1 M13.2


Network 11

ESTADO 8 PISTON DE SELLADO RETRAIDO

M20.2 K3

R

1

M31.0 M12.5

M31.1 M13.3


153

Network 12

ESTADO 8 LUZ PILOTO INDICADOR DE DOSIFICADO ON

M20.3 K9

S

1


Network 13

ESTADO 8 LUZ PILOTO INDICADOR DE DOSIFICADO OFF

M20.5 K9

R

1


Network 14

ESTADO 9 CILINDRO DE SELLADO EXTENDIDO

M20.6 K3

R

1

M31.1 M13.1


Network 15

ESTADO 10 TRABA DE SALIDA RETRAIDA

M20.7 K2

R

1


Network 16

ESTADO 11 BANDA TRANSPORTADORA ACTIVADA

M30.0 K5

S

1


154

Network 17

ESTADO 12 TRABA DE ENTRADA RETRAIDA Y SALIDA EXTENDIDA.

M30.4 K1

R

1

K2

S

1

Símbolo Dirección Comentario K1 K2

Q0.0 Q0.1

TRABA DE ENTRADA TRABA DE SALIDA

Network 18

TEST

M31.0 M12.2 M13.5

S

1

M12.3 M13.5

R

1

155

Bloque: RECETA_LITRO Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:32 Fecha de modificación: 26.05.2013 14:29:48

Símbolo

EN Tipo var.



156

RECETA PARA LITRO

Network 1

PARAMETROS PARA ENVASES DE LITRO.

SM0.0 MOV_W

EN

ENO

8 IN OUT B_IN

MOV_W

EN

ENO

110 IN OUT T_LLENADO

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_VACIO

MOV_W

EN

ENO

70 IN OUT T_OUT

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_IN

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_BANDA

MOV_B

EN

ENO

1 IN OUT VB252

Símbolo B_IN

Dirección VW212

Comentario CANTIDAD BOTELLA INGRESADA

T_BANDA VW244 RETARDO DE BANDA TRANSPORTADORA T_IN VW242 RETARDO TRABA DE ENTRADA T_LLENADO VW204 TIEMPO DE LLENADO T_OUT T_VACIO

VW240 VW208

RETARDO TRABA DE SALIDA TIEMPO DE VACIO

157

Bloque: RECETA_GALON Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:32 Fecha de modificación: 02.07.2013 18:21:10

Símbolo

EN Tipo var.



158

RECETA PARA GALÒN

Network 1

PARAMETROS PARA ENVASES DE GALÒN.

SM0.0 MOV_W

EN

ENO

5 IN OUT B_IN

MOV_W

EN

ENO


MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_VACIO

MOV_W

EN

ENO

70 IN OUT T_OUT

MOV_W

EN

ENO

20 IN OUT T_IN

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_BANDA

MOV_B

EN

ENO

1 IN OUT VB252

Símbolo B_IN

Dirección VW212



VW240 VW208


159

Bloque: RECETA_MED_LITRO Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:32 Fecha de modificación: 26.05.2013 14:43:02

Símbolo

EN Tipo var.



160

RECETA PARA MEDIO LITRO

Network 1

PARAMETROS PARA ENVASES DE 1/2 LITRO

SM0.0 MOV_W

EN

ENO

8 IN OUT B_IN

MOV_W

EN

ENO


MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_VACIO

MOV_W

EN

ENO

70 IN OUT T_OUT

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_IN

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_BANDA

Símbolo Dirección Comentario B_IN VW212 CANTIDAD BOTELLA INGRESADA T_BANDA VW244 RETARDO DE BANDA TRANSPORTADORA T_IN T_LLENADO

VW242 VW204

RETARDO TRABA DE ENTRADA TIEMPO DE LLENADO

T_OUT VW240 RETARDO TRABA DE SALIDA T_VACIO VW208 TIEMPO DE VACIO

161

Bloque: RECETA_4 Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:32 Fecha de modificación: 26.05.2013 14:43:18

Símbolo

EN Tipo var.



162

RECETA 4

Network 1

SM0.0 MOV_W

EN

ENO

+8 IN OUT B_IN

MOV_W

EN

ENO

+100 IN OUT T_LLENADO

MOV_W

EN

ENO

+100 IN OUT T_VACIO

MOV_W

EN

ENO

+100 IN OUT T_OUT

MOV_W

EN

ENO

+50 IN OUT T_IN

MOV_W

EN

ENO

10 IN OUT T_BANDA

MOV_B

EN

ENO

4 IN OUT VB252

Símbolo B_IN

Dirección VW212



VW240 VW208


163

Bloque: OPERADOR Autor: Fecha de creación: 03.01.2013 10:16:32 Fecha de modificación: 26.05.2013 15:37:30

Símbolo

EN Tipo var.



164

RECETA DEL OPERADOR

Network 1

INGRESO DE PARAMETROS DESDE EL PANEL OPERADOR

SM0.0 MOV_W

EN

ENO

VW220 IN OUT B_IN

MOV_W

EN

ENO

VW224 IN OUT T_LLENADO

MOV_W

EN

ENO

VW228 IN OUT T_VACIO

MOV_W

EN

ENO

VW246 IN OUT T_OUT

MOV_W

EN

ENO

VW248 IN OUT T_IN

MOV_W

EN

ENO

VW250 IN OUT T_BANDA

MOV_B

EN

ENO

6 IN OUT VB252

Símbolo B_IN

Dirección VW212



VW240 VW208


165

ANEXO 5

DIAGRAMAS ELÉCTRICOS, NEUMÁTICO Y MECÁNICO DE LA MÁQUINA

ENVASADORA N2.

166

Anexo 5 Gráfica 1: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora Fuente: Los autores

167


168


169


170


171

Anexo 5 Gráfica 6: Planos Estructural de Máquina Envasadora Fuente: Los autores

172

Anexo 5 Gráfica 7: Plano Estructural de Máquina Envasadora Fuente: Los autores

173


174


175


176


automatización de dosificadora de químicos n2...

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