P ROY E C T O D E C T E D R A :

EMBOTELLADORA DE VINOS

ROBERTO JOS ACEVEDO GRANADOS AG090318

ROBETO JOS ALVARENG A GAMERO AG090188

JOS ABRAHAM AVILS YANES AY090382

MARIO ENRIQUE RIVERA MNDEZ RM090186

JOS ARTURO TICAS LA RA TA080495

ERNESTO JOS VILLAVI CENCIO BARRERA VB090276

ELECTRNICA I

U N I V E R S I D A D D O N B O S C O

F A C U L T A D D E I N G E N I E R A

E S C U E L A D E E L E C T R N I C A

A U T O M A T A S P R O G R A M A B L E S

I N G . R O B E R T O C A S T I L L O

C I U D A D E L A D O N B O S C O

S B A D O 1 8 D E M A Y O D E 2 0 1 3

Introduccin

El exigente ritmo de trabajo y de vida actual demanda que la produccin de bienes y

servicios sea cada vez ms eficiente, rpida y controlada. Es por esto que cada vez ms se

demanda a la tecnologa, a los procesos, a la produccin, a la transmisin, entre otros, que

sean dinmicas y busquen ser eficientes adems de sencillas.

A lo largo del curso hemos visto cmo automatizar un proceso determinado iniciando con

la solucin ms sencilla y simple, y luego hemos adaptado el conocimiento obtenido para

volver dicho proceso cada vez ms enfocado hacia el operario. De este modo, no slo se

logra resolver el problema inicial o controlar la situacin deseada, sino que podemos

prever las necesidades o acciones pertinentes ante una situacin de emergencia,

mantenimiento, falta de recursos, control de calidad, entre otros.

Segn lo mencionado anteriormente acerca del curso, es requerido que los conocimientos

obtenidos sean ocupados para desarrollar un proyecto que demuestre nuestras

capacidades y destrezas. Se opt por desarrollar el control de una estacin de

embotellamiento de vino, especficamente en el rea de llenado y rotulado de las botellas.

El proyecto posee la limitacin de ser exclusivamente terico; sin embargo, debe

presentarse una solucin al problema detallando los componentes que ocuparamos en

caso de ser necesaria la implementacin fsica del mismo.

A continuacin, pasamos a describir los objetivos del proyecto; las limitantes; la

descripcin del marco terico, donde incluimos los componentes a ocupar; la explicacin

del funcionamiento del programa; y las referencias ocupadas.

Objetivos

Presentar una solucin completa para el proceso de embotellado y etiquetado.

Determinar la clase de elementos que podemos utilizar.

Presentar las acciones respectivas para los casos de mantenimiento y emergencia.

Detallar los procesos incluidos en el programa.

Marco Terico

En la siguiente seccin presentamos una breve explicacin del proceso que generalmente

lleva el embotellamiento de vino; adems, se expondr la resolucin del programa y

finalmente se presentan los sensores y actuadores que se desean utilizar.

Embotellamiento de vino

El primer paso en el embotellamiento de vino es el despaletizado, donde las botellas

vacas son removidas del envoltorio original con el cual fueron entregadas por el

fabricante, de modo que las botellas puedan manipularse individualmente.

Posteriormente, las botellas son lavadas con agua filtrada o aire, durante este proceso

suele inyectrseles dixido de carbono para reducir el nivel de oxgeno dentro de las

botellas.

Luego, la botella pasa a la mquina de llenado donde el vino es insertado junto con una

pequea cantidad de gas inerte (CO2 o nitrgeno) en la parte superior al nivel del vino

para eliminar oxgeno. La botella es luego conducida a la mquina encorchadora donde un

corcho comprimido es empujado dentro de la botella. Mientras la botella es encorchada,

la encorchadora extrae el aire contenido an en la botella formando una cmara de aire

de presin negativa. Este proceso remueve el oxgeno remanente ya que el oxgeno puede

echar a perder el vino por oxidacin. Una cmara de presin negativa tambin

contrarrestar la presin creada por la expansin trmica del vino y puede prevenir que el

corcho sea expulsado de la botella. Algunas embotelladoras incorporan un detector de

llenado que rechaza las botellas que no cumplan con el nivel adecuado. En algunos casos

se aade adems un detector de metales.

Despus de haberse llenado y encorchado, se aplica una lmina plstica metalizada al

cuello de la botella. Luego, la botella se enva a la mquina etiquetadora donde es

apropiadamente etiquetada incluyendo nmero de lote, fecha y hora del embotellado,

entre otros. Finalmente, el producto es embalado para ser distribuido y vendido.

Grafcet

Variable Significado

I0.0 Botella en la estacin de llenado

I0.1 Botella en la estacin de encorchado

I0.2 Botella en la estacin de etiquetado de cuello

I0.3 Botella en la estacin de etiquetado de cuerpo

I0.4 Sensor para botella obscura

I0.5 Sensor para botella blanca

I0.6 Sensor de estacin lista

Q0.0 Llenado de vino tinto

Q0.1 Llenado de vino blanco

Q0.2 Encorchado

Q0.3 Etiquetado de cuello de vino tinto

Q0.4 Etiquetado de cuello de vino blanco

Q0.5 Etiquetado de cuerpo de vino tinto

Q0.6 Etiquetado de cuello de vino blanco

Q0.7 Actuador de motor de banda

K-14 Tecla OK

K-00 Tecla 0

Programas

Arranque

Secuencia

Salidas

Mantenimiento

Mensajes

Mensajes a mostrar

Mensaje de inicio de proceso

La botella llega a la estacin de llenado

La botella alcanza la estacin de encorchado

La botella llega a la etiquetadora de cuello

La botella llega a la etiquetadora de cuerpo

La botella termina el proceso de llenado

Conteo de botellas

Mensaje de mantenimiento predictivo de la

llenadora de vino tinto.

Mensaje de mantenimiento predictivo de la

llenadora de vino blanco

Mensaje de mantenimiento para la

encorchadora.

Mensaje de mantenimiento para la etiquetadora

de cuello de vino tinto.

Mensaje de mantenimiento para la etiquetadora

de cuello de vino blanco.

Mensaje de mantenimiento para la etiquetadora

de cuerpo de vino tinto.

Mensaje de mantenimiento para la etiquetadora

de cuerpo de vino blanco.

Mensaje de mantenimiento para el motor de la

banda transportadora.

Paro momentneo activado

Proceso reanudado (boton de paro liberado)

Estacin lista. Banda reactivada

Explicacin del funcionamiento

Como primer paso para el inicio del proceso de embotellado el PLC espera que un

operario lo inicie al presionar la tecla del teclado del PLC Inicio (K-14). Al presionar dicha

tecla la banda transportadora (o el motor que la controla) es activada (Q0.7) y las botellas

que se encuentren sobre ella inician el movimiento a travs de la lnea de produccin.

Cuando la botella de vino alcanza la estacin de llenado, los sensores detectan tanto la

presencia (I0.0) de la botella como el tipo al que pertenece (botella oscura o clara, siendo

I0.4 e I0.5 las entradas correspondientes a cada tipo), dependiendo del tipo de botella, el

PLC activar el actuador correspondiente, es decir, una dispensadora para el vino tinto

(Q0.0) o una dispensadora para el vino blanco (Q0.1), ya que no es posible usar el mismo

pues el producto podra contaminarse y alterar su calidad.

Al momento en que el sensor que indica que la estacin est lista (I0.6), es decir, la botella

se ha llenado, se apagan las dispensadoras y se retraen. Ya que el llenado ha terminado,

se reactiva la banda transportadora y la botella sigue su proceso.

Luego, la botella alcanza la estacin de encorchado, en dnde, nuevamente, por medio de

un sensor de presencia (I0.1) se le indica al PLC que ha alcanzado dicha estacin y ste

detiene la banda transportadora y activa la encorchadora (Q0.2). Este proceso

independiente del tipo de botella. Nuevamente, el sensor I0.6 determina cuando ha

terminado el encorchado y, el PLC indica el retraimiento la encorchadora y reactivacin de

la banda transportadora.

Cuando la botella llega a la estacin etiquetadora de cuello, el sensor de presencia I0.2 y

los sensores que determinan el tipo de botella (I0.4 e I0.5) indican al PLC que es tiempo de

detener la banda y activar la etiquetadora de cuello respectiva (Q0.3 Q0.4 para botellas

de vino tinto o de vino blanco respectivamente). El sensor I0.6 indica cuando la etiqueta

de cuello est lista, permitiendo al PLC que retire la etiquetadora que se encuentre

funcionando y reactive la banda.

En este momento, la botella sigue movindose por la lnea hasta que alcanza la estacin

de etiquetado de cuerpo, en la cual, el sensor de presencia I0.3 indica el paro de la banda

y los sensores de tipo de botella I0.4 e I0.5 indican que etiqueta se colocar. Segn el tipo

de botella se activa la etiquetadora de cuerpo necesaria siendo Q0.5 la etiquetadora de

cuerpo de botellas de vino tinto y Q0.6 la etiquetadora de cuerpo de vino blanco.

Nuevamente, es el sensor I0.6 el que indica que el etiquetado de cuerpo ha terminado y

las etiquetadoras se retraigan y la banda vuelva a funcionar.

En este punto, la botella est lista y sale de la lnea de produccin, permitiendo a la vez

que otra botella ingrese y todo el proceso vuelva a comenzar.

Consideraciones especiales

Existe un botn de paro en el proceso, dicho paro es momentneo (K-00). Este

deber mantenerse presionado y ser capaz de detener el proceso en cualquier

punto, guardando el punto en que se encuentra y, que al ser soltado, retomar el

proceso en el ltimo punto que se encontrara (se recomienda el uso de un

pulsador de hongo, para la aplicacin de ste tipo de paros, en el caso del

programa se utiliza un botn o tecla del PLC, sin embargo es posible utilizar una de

las entradas del modulo de expansin).

Se han colocado mensajes que indiquen a los operarios el punto en que el proceso

se encuentra en todo momento, tanto el inicio del proceso (al presionar la tecla OK

del teclado del PLC) como cuando alcanza cada una de las estaciones que

componen la lnea de produccin y cuando la botella est terminada o lista para

salir de la lnea. A la vez, existe un mensaje que indica que cada uno de los

procesos ha terminado y que la banda est siendo reactivada.

Existen registros que llevan un conteo de la cantidad de veces que cada actuador

se activa (dispensadoras de vino, encorchadoras y etiquetadoras de cuello y

cuerpo) que permitirn conocer o predecir el malfuncionamiento de los mismos.

Con la banda transportadora se da un caso especial, ya que la activacin de la

banda va ligada al funcionamiento de un motor, el registro que se lleva es un

temporizador o control de las horas de funcionamiento del motor mismo,

ayudando de esta forma a predecir o indicar a los operarios cuando es

recomendable realizar un mantenimiento adecuado.

Cada uno de los dos puntos anteriores requieren que se le indique al operario

cuando son alcanzados los estados o puntos de mantenimiento (mantenimiento

predictivo), por lo que al alcanzar los valores determinados para cada actuador se

muestra en la pantalla del PLC que el fin de la vida til de un actuador en particular

esta por ser alcanzado y requiere reemplazo (en el caso de las dispensadoras,

encorchadoras y etiquetadoras) o mantenimiento (para el caso del motor que

controla la banda). Estos mensajes tienen cierta prioridad sobre el resto, por lo

que se mantendrn en pantalla (aparecen otros mensajes pero vuelve a aparecer

el indicador de mantenimiento casi al instante).

Debido a que los mensajes que se indican en el punto anterior no pueden

mantenerse en pantalla eternamente, se ha ideado un mtodo para que, al

momento de realizarse una sustitucin o mantenimiento de los actuadores, cada

uno de los conteos sean reiniciados, permitiendo llevar un nuevo control para los

nuevos elementos utilizados. En este caso, al ser mostrado en pantalla cualquiera

de los mensajes anteriores, se debe presionar un botn o tecla del PLC que

detenga momentneamente el proceso (K-00), dndole tiempo a los operarios

para realizar las acciones necesarias. Al soltar dicho paro momentneo, los

contadores involucrados se reiniciarn y el proceso podr continuar con

regularidad.

Ya que es necesario llevar un registro del nmero de botellas que salen de la lnea,

se lleva un conteo, tanto de botellas de vino tinto como de botellas de vino blanco

y el total de botellas (la suma de los dos primeros casos). Este conteo no se

mostrar en pantalla continuamente pues no es un dato que lo requiera ver en

todo momento, es por esto que se permite que mediante el actuar del operario

sea mostrado, es decir, al presionar la tecla K-02 del PLC, el operario podr

visualizar en pantalla el registro de las botellas.

Sensores

Sensores pticos plsticos de nivel de lquidos series LL y LLE Honeywell

Estos sensores pueden ser utilizados para detectar la diferencia en altura del vino y al

llegar al nivel de referencia enviar una seal para detener el llenado.

Especificaciones:

Serie LL / LLE en plstico para rangos de temperatura de -25 a +80C de -40 a +125C de

diseo compacto y salida digital (TTL).

Rosca a proceso: M12 x 1mm o tipo botn, montaje interior o exterior.

Pre-cableados o conector areo M12 x 1mm.

Presin de trabajo: 5bar.

Alimentacin: de 5 a +12Vcc +/-5%.

Salida: por transistor NPN (TTL) 10mA @25.

ColorMax-1000-15HEX4

Este sensor es para detectar colores y esta diseado para aplicaciones de automatizacin

por lo que lo hemos seleccionado para la deteccin del tipo de botella, ya que

dependiendo del color que tenga (verde o blanco) esta se llenara con vino tinto o vino

blanco y se le colocarn etiquetas que correspondan segn el tipo.

Datos del sensor ColorMax-1000

Verifica la presencia de objetivos que pueden ser diferenciados por el color, ms rpido y

con mayor control. Un sensor de color ColorMax-1000 permite al equipo ver hasta 15

colores y la intensidad RGB. Lo que es ms, la tecnologa innovadora mejora la sensibilidad

y la velocidad, as que usted puede maximizar el ritmo de fabricacin.

Reconoce 15 colores. No hay necesidad de reprogramar al cambiar configuraciones.

Color tradicional salida de sensores slo una "coincidencia / no coincidencia" condicin,

pero el -1000 ColorMax tambin da salida a los valores analgicos para cada lectura

RGB. Ahora, las mquinas y los operadores pueden ver no slo qu color, pero la cantidad

de colores - que permite un control ms estricto.

Velocidad de muestra de 2 a 5 veces ms rpido - para la fabricacin rpida.

El nico sensor de color en un paquete M30.

La resolucin ms alta y las especificaciones de repetibilidad en la industria.

Sofisticados algoritmos ignoran brillo

Configuracin basada en PC, bloquear cambios no autorizados

ColorMax-I / O

Accesorio para el ColorMax que permite al cliente interactuar con el ordenador o PLC.

Datos tcnicos:

Sensor fotoelctrico para deteccin de botellas

Con el uso de este sensor podremos monitorear la posicin de las botellas y ejecutar las

acciones requeridas segn el lugar en el que estn colocadas.

Puesta en prctica

Este novedoso sistema, compuesto por fotoclula con filtro de polarizacin (O5G500) y un

reflector muy fino (E20722), es ideal para la deteccin de materiales PET y vidrio.

Ventajas para el cliente

El sistema se puede poner en marcha de inmediato al ser un sistema "Plug & Play". La

elevada frecuencia de conmutacin de ms de 1.500 Hz permite su utilizacin en procesos

muy rpidos. Esta elevada frecuencia de conmutacin es aplicable en todo el rango de

temperatura. La luz roja utilizada facilita la orientacin durante la puesta en marcha.

Sensor Capacitivo para deteccin de tapado en botellas

Los sensores capacitivos reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la

superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexin

respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto ms elevada sea su constante

dielctrica.

Podemos montar dos sensores capacitivos sobre un tubo de vidrio plstico en un

contenedor para detectar nivel de lquidos o de producto (polvo, granulado, viscoso, etc)

nivel mnimo y nivel mximo.

Utilizamos una matriz de sensores para detectar que todas las botellas llevan su

respectivo tapn.

KAS-40 (Capacitivos NAMUR)

Datos tcnicos

Sensor de etiquetado: Sensor de etiquetas y empalmes esp-4

Caractersticas principales

3 mtodos de Teach-in para poder ajustar el sensor individualmente para cada tarea

Retardo de reaccin

El receptor recibe esa onda acstica y la evala. El material de soporte emite un nivel de

seal distinto al de la etiqueta o el empalme. El esp-4 evala esa diferencia en las seales.

La diferencia entre el material de soporte y la etiqueta o el material en rollo y el empalme

puede ser muy pequea.

Mquina llenadora de vino

Las mquinas llenadoras de botellas,

tambin llamadas embotelladoras, tienen

por principal misin introducir el mosto o

vino en el interior de las botellas,

alcanzando un nivel adecuado en funcin de

la capacidad nominal de las mismas y de su

temperatura, as como tambin garantizar

las condiciones de estabilizacin de los vinos

embotellados.

Todas las mquinas se componen de un

depsito acumulador del lquido a

embotellar, generalmente situado en la parte superior de la embotelladora, donde por

accin de la gravedad, o por presin en el depsito, o por vaco en la botella, el lquido es

empujado hacia los elementos de llenado; as como tambin de un sistema de circulacin

de botellas en las mquinas semiautomticas o automticas, y por fin de un conjunto de

grifos, caos o boquillas de llenado, pudiendo estar colocados en lnea en las mquinas

manuales, o bien en circunferencia en las embotelladoras semiautomticas y automticas.

Las diferencias entre estas mquinas se deben en su mayor parte, al sistema de boquillas

de llenado utilizadas.

Llenadoras volumtricas: estas mquinas introducen un volumen fijo predeterminado por

el operario dentro de las botellas, si las botellas poseen distintos volmenes debido al

proceso de fabricacin se observar que el llenado final de las botellas no ser uniforme.

Dependiendo del sistema de boquillas utilizado podemos clasificarlas en:

Llenadoras de cubilete.

Llenadora de pistones fijos.

Llenadora de pistones comandados.

Llenadoras de nivel constante: estas mquinas varan el volumen de llenado, por lo que

resuelven el problema de las llenadoras volumtricas. Podemos clasificarlas en:

Llenadoras de sifonado.

Llenadoras isobaromtricas.

Llenadoras de presin diferencial.

Etiquetado

Mquina capsuladora etiquetadora adhesiva: para todo tipo de botellas cilndricas

Maquinaria Moderna dispone de la mquina capsuladora etiquetadora adhesiva Mercure

II. La mquina monobloc de etiquetado capsulado est montada sobre 4 pies. De

construccin integral en inoxidable, est equipada con una cadena de alimentacin y de

una mesa de acumulacin rectangular en la salida. Se incluyen mecanismos de seguridad

segn normativa vigente.

Permite el capsulado y la colocacin de una etiqueta de cuerpo en todo tipo de botellas

cilndricas (dimetro de 55 a 105 mm).Capsuladora de 2 cabezales rotativa con

movimiento asimtrico y regulacin elctrica de la altura de capsulado. Brinda la

posibilidad de adaptacin de 2 cabezales de colocacin suplementarios. Posee gestin

automtica de la longitud de las etiquetas por fibra ptica. La regulacin y la

memorizacin de los datos de etiquetado es por medio de un programador digital, con

posibilidad de memorizar los reglajes relativos a cada tipo de botella y de etiqueta. Cuenta

con contador y descontador de botellas automtico, 1 motor con variador electrnico de

velocidad, vis de entrada botella y una altura mxima de las etiquetas de 170 mm (220

mm bajo demanda).

Taponado de corcho

Las taponadoras automticas monocabezal (o de varios cabezales) son mquinas de

ltima tecnologa adaptada para el cerrado de botellas para la industria del vino, aceite,

alimentacin, farmacia, etc. Se pueden fabricar mquinas para todo tipo de tapones:

corcho cilndrico, corcho espumoso, pilfer aluminio, stelvin, guala, plstico a presin,

plstico con rosca, cabezudo, corona, bidul

Estn construidas con materiales de primera calidad (acero inoxidable AISI-304 y

materiales alimentarios) y protegido con cabina segn normas CEE, con parada de la

mquina automtica en caso de apertura de puertas para realizar una intervencin. Las

botellas llegan a la taponadora por medio de una cinta transportadora, entrando en la

misma mediante un sistema de estrellas de entrada. Desde la tolva superior de tapones,

un descensor aplica el correspondiente tapn en la botella y el cabezal cerrador termina el

taponado del envase.

Tapadora de corcho GEMINI/R

La introduccin del tapn dentro de las botellas debe realizarse a

una cierta velocidad de taponado, pues cuando se hace

lentamente, el corcho tiende a recuperar su tamao inicial y se

produce una elevada friccin con el vidrio, pudiendo provocar

una deformacin o rotura del tapn. Obtenindose una presin

interior elevada, adems de quedarse una parte del tapn fuera

del cuello. Por el contrario, cuando la velocidad de taponado es

muy elevada, el tapn tiende a hundirse excesivamente en el

cuello de la botella y la presin interior es ms reducida.

Los parmetros que conducen a un taponado correcto es:

- Humedad del tapn de 7 a 8 %

- Compresin del tapn lenta

- Cadencia del taponado (distribucin)

- Introduccin del tapn rpida: una velocidad media en un cabezal mltiple es de 1250

botellas/hora.

La penetracin del tapn en el cuello de la botella debe ser tal, que su parte exterior

quede exactamente a ras de su boca o como mximo 1 mm por debajo, nunca

sobresaliendo (deficiente aspecto y se pierde eficacia en el cierre), y tampoco hundido,

pues el cierre es peor y la presin interior puede llegar a ser excesiva.

Cuando la presin interna es mayor que la externa, no hay riesgo de derrames.

La presin interior normal del vino embotellado suele ser de 1,5 Kg/cm2 en el momento

del embotellado, reducindose con el tiempo.

Banda transportadora

Para transportar las botellas de vino por los diferentes sectores utilizaremos una banda

transportadora que se controle mediante un motor, con lo que podremos regular la

velocidad de circulacin de las botellas y realizar paros cuando detengamos el motor.

Bibliografa

http://www.sensorstecnics.net/es/productos/category/49/sensores-opticos-

de-nivel-de-liquidos/optoelectronicos-ir-uv-rgb/sensores-opticos-de-nivel-de-

liquidos-plasticos-series-ll-y-lle-honeywell

http://urbinavinos.blogspot.com/2012/01/embotelladoras-o-maquinas-

llenadoras-de.html

http://www.rechner-sensors.com/

http://www.emxinc.com/colormax.html

http://www.ifm.com/ifmes/web/apps-by-industry/optical-sensor-for-the-

detection-of-pet-bottles.html