proyecto final control automatico

CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOSSEMESTRE 2015-1

TITULO PROYECTO Automatizacin de los procesos asociados a la produccin de bebidas

Cdigo grupo: G543Nota seguimiento Grupo: 2.0

Estudiantes: RolesNombresCdigo de estudiante

CoordinadorDavid Aguilar 201210040014

DinamizadorValentina Mondragon 201210040014

Gestor de calidadJulin Gmez201210041014

SistematizadorOscar Andrs Tobn201210020012

Fecha de aportes: mesdahoraObservaciones

OBJETIVOImplementar el control automtico en los procesos de preparacin, lavado, llenado, taponado, etiquetado y empaque de jugo de manzana, de tal forma que se reduzcan costos asociados a los tiempos de operacin de las maquinas existentes y se logre una calidad de categora mundial; alcanzando un proceso preciso y con alta eficiencia. DEFINICION DE PROCESOS1. Preparacin del jugo: Se prepara el jugo de manzana de acuerdo a las especificaciones del proceso, teniendo en cuenta la composicin y la proporcin de cada uno de los ingredientes que hacen parte de dicho jugo.2. Desempacado de las botellas: Despus de que llegan las botellas a la fbrica en forma de pellets, se separan las botellas de las cajas, y se ponen en bandas transportadoras paralelas. 3. Transporte del jugo: Por medio de principios mecnicos e instrumentos como bombas y sensores, se desplazara la bebida desde un tanque de almacenamiento hasta la inyectora de bebida, la cual estar controlada por un sistema automatizado, y finalmente a las botellas vacas.4. Transporte de las cajas: De forma paralela a la lnea de botellas, se transportan las cajas, que pasan por un proceso de lavado, y finalmente se une nuevamente con las botellas en el proceso de empaque.5. Lavado de cajas: Se lavan las cajas para asegurar la buena presentacin del producto final.6. Lavado de las botellas: A travs de la implementacin de una maquina lavadora de botellas se pretende eliminar todas las imprecisiones en cuanto a higiene durante el embotellado; y posteriormente se hace una inspeccin que tiene como propsito evaluar las botellas teniendo en cuenta caractersticas como objetos extraos en el fondo y la pared interna de la botella, labio astillado, liquido residual, botella de tamao irregular.7. Transporte de las botellas: Se utiliza una banda continua que transporta un nmero determinado de botellas vacas, a travs de todo el proceso, es decir, transporta a las botellas desde que se desempacan las botellas, pasando por el lavado, llenado, taponado, etiquetado, y finalmente el empaque. 8. Llenado de botellas: Se usara una maquina inyectora sincronizada perfectamente para que la botella llegue a la boquilla; manteniendo una alta velocidad, el movimiento continuo de las bandas transportadoras y un caudal de fluido constante del relleno sin fallas, por medio de sistemas de control que maximicen el rendimiento y reduzcan los errores.9. Taponado y sellado de la botella: Se implementara un sistema de taponado garantizando la justa intensidad y tiempo para que la tapa pueda entrar en el cuello de la botella, sin romperse, ni afectar el contenido de la botella. El taponado se realiza mediante un pistn que introduce la tapa en el cuello, regulado para que quede en la posicin correcta. Adicionalmente, justo despus de que los procesos de llenado y taponado se realizan, se hace una inspeccin sobre el nivel de llenado, oxigeno total del producto y sellado de la botella.10. Etiquetado de la botella: Se etiquetan las botellas de acuerdo a los requisitos legales, asegurando que se brinde la informacin al consumidor acerca de las especificaciones del producto, entre ellas la fecha de vencimiento.11. Empacado de la botella: En este proceso se unen las cajas y las botellas por medio de una mquina que introduce las botellas en las cajas por medio de un sistema de vaco.12. Sistema de control: Se implementarn diversos sensores, controles y actuadores a lo largo de la lnea de produccin para hacer control sobre el producto; dichos elementos de control se explican de manera ms amplia en el protocolo.

DESCRIPCIONLas empresas que estn en periodo de crecimiento no tienen acceso a maquinaria automatizada, porque generalmente estn diseadas para empresas con altos volmenes de produccin; es por esto que se desea crear un sistema eficiente de bajo costo, que permita la reduccin del sobrecosto por personal y la desaceleracin del proceso. De igual forma, se busca estandarizar el proceso de fabricacin de las botellas con una precisin determinada.

DIAGRAMA DE FLUJO

Diagrama del Proceso1. Llegadas de materia prima y depaletizado2. Separacin botellas-cajas3. Preparacin de jugo (se divide en 8 sub procesos)4. Lavado de cajas5. Lavado de botellas6. Llenado de las botellas 7. Taponado de las botellas8. Etiquetado9. Empaque y ensamble final10. Distribucin del producto

PROTOCOLO1. PRODUCCIN DEL JUGO

1.1. Ingreso de la fruta:

El ingreso de la fruta es el paso inicial para la fabricacin del jugo, ya que la manzana es la materia prima para el proceso.Premisas La fruta ingresa a la fbrica al ser descargada de los camiones. Luego se hace pasar las manzanas por una tolva con el propsito de disminuir y controlar el flujo de la fruta que llega a la banda transportadora. El personal ubicado a los lados de la banda transportadora inspecciona la materia prima para sacar las manzanas que estn podridas o negras. De aqu se dirigen a la estacin de lavado. La velocidad de la banda transportadora debe ser controlada por medio de un sensor que controle las revoluciones del motor a modo que en cada estacin se logre concluir el trabajo. La razn para lo anterior es que la banda transportadora se presenta en la mayora del proceso y en ella se encuentran dispuestos los sensores necesarios para llevar a cabo cada funcin.

Actuadores: Motor banda (Mb): Es el motor que se encarga de mover secciones separadas de las bandas, lo que quiere decir que por cada seccin de bandas hay un motor que la mueve.

E1E0E2Ilustracin 1 Mquina de estado finito del actuador Motor Banda (Mb)En la Ilustracin 1 se encuentra la mquina de estado finito del motor de la banda, donde: Mb: Motor banda Em: Estado de emergencia E0, E1, E2: Los estados del MEF EA: Estado anterior

1.2. Lavado:En esta etapa se lavan las manzanas de todas las impurezas que tengan como piedras, tierra o dems elementos que puedan llegar a afectar las maquinas siguientes a este proceso. Premisas: Se ingresan las manzanas por las bandas transportadoras a unos rodillos con espiral que mueven la fruta dentro de agua, para despus devolverlas a la banda transportadora. La banda que sigue a continuacin de los rodillos posee unas palas que suben las manzanas por una pendiente lo cual devuelve todas las piedras e impurezas. Las manzanas son rociadas con agua para sacarles los elementos externos que puedan haberse quedado adheridos a ellas. Actuadores:Los elementos que intervienen en este proceso son: Rodillos giratorios (Mrod): Estos rodillos son movidos por un motor por lo que debe controlarse su velocidad con un sensor de revoluciones y adems controlar el toque que entrega el motor a los rodillos. Bomba de los rodillos: Esta bomba est constantemente cambiando el agua que lava las manzanas. Se debe agregar un sensor del caudal del agua para controlar cada cuanto se cambia el agua. Bomba de los rociadores: Esta bomba est constantemente mandando agua a los rociadores, por lo que se debe controlar el caudal del agua con un sensor de flujo. Motor de la banda con palas: En este se deben implementar las mismas precauciones que en las bandas transportadoras.Sensores: Sensor de revoluciones (Sr): Este sensor tiene el trabajo de controlar la velocidad y el torque que entrega el motor de los rodillos giratorios. Sensor de caudal: Controla el flujo de salida de agua. Sensor de velocidad de la banda: Es el sensor que se encarga de medir y controlar las revoluciones del motor de la banda para que sea constante. Estos sensores deben ir en cada uno de los motores que mueven las bandas.

Ilustracin 2 Mquina de estado finito de los rodillos giratorios (Mrod)

Ilustracin 3 Mquina de estado finito de la bomba de los rodillos (Mb_rod)

Ilustracin 4 Mquina de estado finito de la bomba de rociadores (Mb_roc)

Ilustracin 5 Mquina de estado finito del motor de banda con palas (Mb_pala)

1.3. Triturado:

En esta etapa del proceso de elaboracin de jugo de manzana se remueve la cscara de la fruta para continuar con el triturado y la obtencin de jugo.Premisas Se trituran las manzanas en un molino y se le agregan enzimas para as sacar la mayor parte del jugo. Es necesario controlar tanto la velocidad del molinillo como la cantidad de enzimas que se agregan. Las manzanas con las enzimas deben permanecer en el molinillo el tiempo suficiente para que se logre un triturado ptimo pero sin excederse y evitar que las frutas se pulvericen. Almacenar entre 60 y 90 minutos para que queden listos para continuar con la siguiente fase.Actuadores: Molinillo: Este molinillo debe girar a ciertas revoluciones por lo que se debe agregar un sensor de velocidad o de las rpm. Se debe agregar un temporizador para abrir las compuertas que pasan al lugar donde se almacenan por el periodo de tiempo requerido.

Sensores: Sensor de velocidad: Sensor de velocidad o rpm para controlar las revoluciones a las que gira el molinillo. Temporizador: Este temporizador es el que mide el tiempo que el zumo de manzana pasa en el punto de almacenamiento. Este se debe activar en el momento en que se abren las puertas del molinillo. Sensor atascamiento: Sensor que mida el toque entregado por el motor para conocer si est o no funcionando el molinillo.

1.4. Despulpado:

Al terminar la seccin de triturado, se procede a despulpar las manzanas con el fin de sacar el zumo de la fruta.Premisas: Se exprimen las manzanas trituradas en una prensa hidrulica para dejar toda la pulpa y dems solidos del jugo de manzana (como en un exprimidor casero). Este proceso debe controlarse de forma que se haga de forma continua y fluida. Estas prensas son llenadas por gravedad de los puntos de almacenamiento a la prensa. Cuando el lapso de tiempo determinado termine, se debe abrir las compuestas y cerrar en el punto en el que la capacidad del taque sea alcanzada. Al comenzar el despulpado la prensa empieza a cerrarse y empieza a filtrar el jugo de manzana dejando atrs el zumo y dems partes solidas de las manzanas. Cuando la prensa llega a su punto mximo se debe sacar manualmente el zumo restante para poder repetir el proceso.Para poder realizar este proceso de despulpado se debe inspeccionar la calidad del jugo que sale. Este proceso necesita de:Actuadores: Prensa hidrulica: La presa debe tener un control de la velocidad de exprimiendo por lo que se debe controlar el ingreso del fluido que empuja el pistn del hidrulico con un sensor de flujo. Adems se debe controlar la fuerza que se le aplica a la mezcla para as notar cambios abruptos de la presin. Compuertas: estas compuertas deben abrirse en cerrarse en el momento en el que un sensor de presin o distancia marque el tope de la prensa o en el momento en el que un operario de paso a que reinicie el proceso.

Sensores: Sensor de caudal: El sensor de caudal pretende controlar el ingreso del fluido que empuja el pistn hidrulico. Sensor de posicin de las compuertas: En caso de atascarse las compuertas debe existir un sensor de posicin en stas (como un testigo o botn) que al estar cerradas las puertas enve una seal y active una alarma. Sensor de presin: Este mire la presin para verificar si existen o no fugas en la prensa.

1.5. Filtrado:

El filtrado es el proceso en el cual se filtran el jugo ya despulpadoPremisas: Se abren las compuertas del tanque de almacenamiento sobre el filtrador El motor empieza a hacer vibrar el tanque que est recibiendo el jugo El medidor de caudal mide la cantidad de jugo que sale del tanque de almacenamiento para cerrar las compuertas en el momento en el que dejen de pasar el jugo, o si el flujo que se desea excede el permitido del filtrado. Esto hara que las compuertas permitan menos o ms flujo de jugo dependiendo del caso que se produzca. Los sensores del tanque de almacenamiento de jugo filtrado medirn la capacidad que tenga el tanque. Adems mandaran una seal cuando el tanque este en su capacidad mxima. Este sensor de capacidad mxima debe ponerse ms bajo de la capacidad mxima para permitir que el jugo que se filtr antes del sensor logre terminar de llenar el tanque.Actuadores:-MOTOR VIBRADOR: Este motor hace vibrar el tanque, con lo que hace que se filtre de form ms rpida y efectiva.-COMPUERTA: Esta compuerta est unida al tanque donde se almaceno el jugo despulpado. Esta compuerta es la que da paso al jugo que pasara al filtrado. El jugo se mueve por la presin y la gravedad del tanque de almacenamiento.Sensores:-SENSOR DE CAUDAL: Este sensor contabiliza el flujo de jugo que pasa por las compuertas.-SENSOR DE LLENADO: Son 3 sensores que muestran la capacidad que tiene el tanque en el momento. S1: Tanque vaco S2: Tanque a la mitad S3: Tanque lleno-SENSOR CONTADOR: Este sensor cuenta las veces que se han utilizado los tubos filtrantes dentro del tanque para as cambiarlos por unos limpios libres de pulpa de jugo.

1.6. Pasteurizado:

El Pasteurizado es el proceso trmico que se le hace al jugo con el fin de reducir los agentes patgenos que pueda haber en l, y adems, desactivar enzimas que modifican el sabor del jugo. Se usara el mtodo HTST continuo, el cual consiste en hacer pasar el jugo por un intercambiador de calor de modo que se calienta mientras pasa por el intercambiador.

Premisas: Del tanque del jugo filtrado se abre una vlvula que permite el paso del jugo filtrado para as activar la bomba que bombea el jugo por unas tuberas que llevan a los intercambiadores de calor. Estas tuberas se acoplan a un intercambiador de calor que aumenta la temperatura del jugo, sin exceder la temperatura de ebullicin del agua ya que esto puede modificar el sabor del jugo irreversiblemente. Para esto se acopla un sensor de temperatura que manda seales a una computadora que regula la velocidad de la bomba. De este modo se regula el caudal del jugo para disminuirlo en caso de que la temperatura de salida del jugo no sea la adecuada o incrementar el caudal en caso de que la temperatura est a punto de exceder el lmite. La temperatura para el HTST es de 72C por lo que el sensor debe estar adecuado para estar en un rango de 70C a 74C durante 15 segundos mnimo. Para cumplir el lapso de 15 segundos con esa temperatura las tuberas a la salida del intercambiador son aisladas para disminuir la perdida de calor por conveccin y conduccin. De este modo el jugo permanece los 15 segundos con una temperatura cercana a los 72C Despus de pasar por el intercambiador y la tubera aislada se pasa el jugo por uno radiador que es ventilado por ventiladores que lo enfran lentamente a temperatura ambiente. Despus se pasar a la siguiente etapa de ultra filtrado.Actuadores:-INTERCAMBIADOR DE CALOR: Aumenta la temperatura del jugo para as eliminar agentes patgenos que puedan haber en el jugo.-BOMBA: Es la que hace circular el jugo por todo el sistema. Es controlada su velocidad para as aumentar o disminuir el caudal de jugo.-VENTILADORES: Estos ventiladores ayudan al proceso de transferencia de calor por conveccin forzada.-COMPUERTA: Permite el paso del jugo del tanque de jugo filtrado a las tuberas y los intercambiadores.Sensores:SENSOR DE TEMPERATURA: Esta acoplado al final del intercambiador de calor. Este permite saber si se debe aumentar o disminuir el caudal para permitir una completa transferencia del calor al jugo.SENSOR DE CAUDAL: Este permite saber el volumen de jugo que est circulando por las tuberas. De este modo se regula la velocidad dela bomba.SENSOR DE VELOCIDAD DE LA BOMBA: Este sensor permite saber y regular la velocidad de la bomba para que no exceda su velocidad mxima. Adems es la que manda las seales al computador de si se est aumentado o disminuyendo la velocidad y si se debe seguir dndole ms energa a la bomba.SENSOR DE POSICIN DE LA COMPUERTA: Este sensor es el que permite que la bomba sea encendida, ya que si la compuerta est cerrada no se puede permitir que la bomba sea encendida.

1.7. Ultrafiltracin:

El ultra filtrado es el proceso que elimina las partculas ms diminutas del jugo. Este proceso puede llegar a eliminar partculas de hasta 0,01m. Esto elimina las partculas mas diminutas que quedan en el jugo y que logran pasar por todos los procesos anteriores.Premisas Con la presin que ejerce la bomba del pasteurizado se pasa al ultra filtrado donde se pasa el jugo por unas membranas semipermeables que alojan las partculas pequeas y dejan pasar el jugo atreves de ellas. El jugo ultra filtrado pasa a la siguiente etapa Despus de terminar cada lote de jugo que pasa por el ultra filtrador se cierra el paso de entrada y salida de jugo y se abre la entrada y la salida del agua el cual va en flujo contrario al del jugo. Es en este punto donde se enciende la bomba de agua y se apaga la bomba del pasteurizado. Despus de cierto tiempo se detiene la bomba de agua, se cierran la entrada y salida de agua para abrir de nuevo las del jugo y esperar a que el jugo vuelva a pasar.Actuadores-BOMBA DE AGUA: La bomba de agua es la que le da la presin y el flujo al agua que limpia las membranas del ultra filtrador. Debe funcionar a una velocidad estable por lo que debe monitorearse so velocidad para poder predecir malos funcionamientos-COMPUERTAS DE JUGO: Las compuertas de jugo son las que permiten el paso del jugo y de las cuales hay dos: Ej: Entrada jugo Sj: Salida jugo-COMPUERTAS DE AGUA: Las compuertas de agua son aquellas que permiten en paso del agua que limpia las membranas del ultra filtrador. Son dos las compuertas de agua Ea: Entrada de agua Sa: Salida de aguaSensores-SENSORES DE PRESIN: Estos sensores deben ponerse en todas las entradas y salida del ultra filtrador. En total serian 4 sensores de presin: Sp-Ej: Sensor de presin entrada de jugo Sp-Sj: Sensor de presin salida de jugo Sp-Ea: Sensor de presin entrada de agua Sp-Sa: Sensor de presin salida de agua-SENSORES DE COMPUERTAS: Estos sensores muestran el estado de las compuertas, ya sea abierta o cerrada. Son cuatro sensores de compuertas: S-Ej: Sensor de compuerta de entrada de jugo S-Sj: Sensor de compuerta de salida de jugo S-Ea: Sensor de compuerta de entrada de agua S-Sa: Sensor de compuerta de salida de agua -SENSOR DE VELOCIDAD DE LA BOMBA DE AGUA: Este sensor muestra las rpm a las que est trabajando la bomba. Esto sirve como control en caso de que la bomba trabaje a una velocidad diferente de la especificada.

1.8. Llenado de tanquesPara el llenado de los tanques se almacena el jugo en tanques de los cuales se extraer para su envasado. En esto intervienen: Bomba: Es la que hace que fluya el juga a los tanque. Se debe acoplar un medidor de flujo o caudal para controlar las revoluciones las cual est trabajando la bomba. Tanques: Es donde se almacenar el jugo. Para controlar el llenado se debe instalar un sensor de posicin o presin que cierre el flujo entrante dejugo para evitar que se sobrepase el lmite de los tanques.Premisas Fugas: En caso de una fuga se deben instalar medidores de presin con vlvulas automticas que aslen las tuberas en caso de que halla una disminucin del flujo o de la presin. Apagn: En caso de un apagn se deben cerrar todas las vlvulas de los tanques para evitar que se sobrepase su capacidad. Pueden usarse bateras alternas que permitan el cerrado de estas vlvulas. Averi de un sensor de los tanques: Se debe usar un segundo sensor para evitar que se pierda jugo. Este sensor debe ir un poco ms arriba del primer sensor como respaldo. Adems debe enviarse una seal del mal funcionamiento del mismo a un operador.

2. PREPARACION DE LAS BOTELLASUna vez llegan las botellas vacas en las cajas, se debe hacer un proceso de preparacin de las botellas para que cumplan los requisitos de calidad; dicha preparacin est compuesta de 2 subprocesos principales: Separacin caja - botellas Lavado

2.1. Separacin caja - botellasSe inicia con el depaletizado, que consiste en colocar las cajas llenas de botellas vacas en la lnea de produccin, esto se hace con la ayuda de un operario; posteriormente las cajas se llevan a la desempacadora, donde los envases son sacados de las cajas plsticas por medio de vaco o succin para ser colocadas en una banda transportadora y finalmente se coloca la caja vaca, en una segunda banda transportadora para realizar sobre las cajas los procesos respectivos.

Ilustracin 1. Desempacado de botellas y separacin caja botellas.

Actuadores y sensores: Motor X desempacadora de botellas (MXB): Es el motor encargado de mover las botellas de la banda 1 (a la cual llegan las cajas y las botellas juntas) a la banda 3 (entre otras cosas aloja los procesos de lavado de botellas e inspeccin). Tiene 2 posiciones, izquierda (MXBL=0,1) y derecha (MXBR=0,1).

Motor Y desempacadora de botellas (MYB): Motor encargado de levantar y bajar las botellas una vez se activa la bomba de vaco. Tiene 2 posiciones, arriba (MYBU=0,1) y abajo (MYBD=0,1).

Sensor de posicin 1 (S1): Es el sensor encargado de detectar la presencia de cajas para iniciar el proceso de separacin, adems, de este depende el movimiento de la banda 1.

Bomba de vaco (BV): Es la bomba encargada de sujetar las botellas para sacarlas de las cajas, y despus colocarlas en la banda transportadora 3.

Motor Banda 1 (MB1): Es el encargado de mover la banda transportadora 1 para abastecer el proceso de separacin constantemente.

Ilustracin 2. Separacin caja botellas. Motor Y separadora de cajas (MYC): Motor encargado de levantar y bajar las cajas una vez se activa la pinza de sujecin. Tiene 2 posiciones, arriba (MYCU=0,1) y abajo (MYCD=0,1).

Motor Z separadora de cajas (MZC): Es el motor encargado de mover las botellas de la banda 1 a la banda 2, sobre la cual se dan los procesos de lavado y secado de las cajas. Tiene 2 posiciones, adelante (MZCF=0,1) y atrs (MZCB=0,1).

Sensor de posicin 2 (S2): Identifica si hay cajas vacas en la banda 2, para que esta se mueva.

Motor Banda 2 (MB2): Encargado de mover la banda transportadora 2 para que haya espacio cada vez que una caja vaca vaya a ser colocada en la banda 2.

Pinzas de sujecin (PS): Encargadas de sujetar la caja cuando se mueve de la banda 1 a la banda 2.

Botn Stop: sirve para hacer una pausa en el proceso si se requiere una inspeccin o mantenimiento de la mquina.

Vista frontal

Ilustracin 3. Transporte de cajas de banda 1 a banda 2.

Vista lateral

Protocolo:Condiciones iniciales: S1=0 MB1= 0 MXB= izquierda MYB= arriba BV= 0 S2=0 MB2= 0 MYC= arriba MZC= atrs PS= 0

El motor de la banda 1 se prende (MB1=1) para traer una nueva caja y por consiguiente el sensor 1 se prende, haciendo referencia a que hay una caja en posicin y lista para realizar la separacin (S1=1).

El motor en Y de la desempacadora de botellas baja (MYB=abajo) y se activa la bomba de vaco, ejerciendo una sujecin sobre las botellas (BV=1).

Una vez se sujetan las botellas, el motor en Y de la desempacadora de botellas sube (MYB=arriba), acto seguido, el motor en X de la desempacadora de botellas de mueve a la derecha (MXB=derecha). En este momento, simultneamente, justo cuando las botellas se empiezan a mover hacia la derecha, el motor en Z de la separadora de cajas se mueve hacia adelante (MZC=adelante)

Despus el motor en Y de la desempacadora de botellas vuelve a bajar (MYB=abajo) y se bomba de vaco se desactiva para soltar las botellas (BV=0). Simultneamente, el motor en Y de la separadora de cajas se mueve hacia abajo (MYC=abajo) y las pinzas de sujecin se activan (PS=1).

Los motores en Y de la separadora de cajas y la desempacadora de cajas se mueven hacia arriba (MYC=arriba) (MYB=arriba).

De manera simultnea, el motor en Z de la separadora de cajas se mueve hacia atrs (MZC=atrs) y el motor en X de la desempacadora de botellas de mueve hacia la izquierda (MXB=izquierda). El sensor 1 se apaga (S1=0).

Una vez que la caja esta sobre la banda 2, el motor en Y de la separadora de cajas baja (MYC=abajo) y las pinzas sueltan la caja (PS=0). Se activa el sensor 2 (S2=1).

Finalmente, el motor en Y de la separadora de cajas vuelve a su posicin inicial (MYC=arriba) y se mueve la banda 2 (MB2=1).

Se apaga el sensor 2 (S2=0). Vuelve a iniciar el ciclo.

Premisas A la caja le fala una botella: Esta situacin no es tan importante en el inicio del proceso, puesto que todas las botellas son colocadas en una misma banda transportadora y el proceso de lavado siempre va a estar abastecido, sin importar cuantas botellas le falta a una caja. As mismo, se recomienda un sensor en la desempacadora para identificar las posiciones de la caja que no tienen botellas, para evitar aplicar vaco en estas y generar as un ahorro de energa. Atascos en la banda transportadora: Para solucionar este problema se puede estrechar la banda a partir de cierto punto, para que deje pasar menos botellas y sea ms fcil el abastecimiento de la lavadora.

Mquinas de estado finito (MEF)

MEF Global desempacado de botellas

MEF Global separacin de cajas

2.2. LavadoEn el proceso de lavado se hace la limpieza de las botellas y de las cajas para asegurar el cumplimiento de estndares de sanidad.

Ilustracin 4. Lavado de botellas y de cajas.

2.2.1. Lavado de botellasEl lavado de botellas se efecta en una mquina que consta de 5 compartimientos, cada uno con un cepillo que limpia el interior de la botellas, un inyector que introduce soluciones de soda caustica para limpiar y agua para enjuagar; y una bomba que retira las soluciones inyectadas.

Ilustracin 5. Lavadora de botellas.Actuadores y sensores: Motor giratorio (MG): Es el motor encargado de hacer girar los cepillos, una vez estn dentro de las botellas.

Motor de desplazamiento vertical (MV): Es el motor que se encarga de introducir y sacar los cepillos de las botellas. Tiene 2 posiciones, arriba (MVU=1,0) y abajo (MVD=1,0)

Motor banda 3 (MB3): Se encarga de mover las botellas a travs de los procesos de lavado secado e inspeccin.

Vlvulas de inyeccin (VI): Es la encargada de garantizar la limpieza de las botellas vacas que provienen de la desempacadora, es un proceso automtico, con variables controladas directamente desde la misma mquina. Se encargan de lavar las botellas por medio de la inyeccin de una mezcla de agua (VIA) y soda caustica (VIS).

Mini bomba (MB): Se encarga de vaciar las botellas del fluido inyectado por la vlvula de inyeccin, asegurando que dichas botellas queden libres de partculas o fluidos contaminantes.

Sujetador de botellas (SB): Este actuador se encarga de sujetar las botellas para que se haga la limpieza. Solo se activa cuando las 5 posiciones estn ocupadas por las 5 botellas correspondientes.

Sensor de posicin 3 (S3): Sensor que detecta si hay o no botellas en la posicin 1.





Emergencia (EM): Se prende cuando se oprime stop.

Botn de pausa: Detiene la operacin que se est realizando.

Ilustracin 6. Sensores y actuadores en el lavado de botellas.

Protocolo:Condiciones iniciales: S3=0 S4=0 S5=0 S6=0 S7=0 MB3=0 MG=0 MV=arriba, MVU=1 VI=0 MB=0 SB=0 Se da inicio al ciclo y se prende el motor de la banda 3 (MB3=1), haciendo que las 5 posiciones de la mquina lavadora se vayan llenado (S3=1, S4=1, S5=1, S6=1, S7=1). Una vez estn las 5 posiciones ocupadas, se apaga el motor de la banda 3 (MB3=0)

Se acciona el sujetador de botellas (SB=1) para asegurar que los cepillos entren de manera correcta o las botellas se caigan.

Empieza a girar el motor giratorio (MG=1), y acto seguido el motor vertical se acciona y pasa a la posicin inferior (MVD=1).

Cuando ya se han introducido los cepillos, se inyecta la soda caustica para limpiar las botellas de cualquier partcula o residuo (VIS=1). Se sube la lavadora (MVU=1) y se vuelve a bajar (MVD=1).

Cuando vuelve a la parte inferior, se acciona la bomba para drenar la solucin aplicada (MB=1).

Una vez se drena la soda caustica, se inyecta nuevamente con agua para enjuagar el interior de la botella (VIA=1). Se sube la lavadora (MVU=1) y se vuelve a bajar (MVD=1).

Cuando vuelve a la parte inferior, se acciona la bomba para drenar la solucin de agua (MB=1). Cuando se drena totalmente el agua, la lavadora sube (MVU=1), despus se apaga el motor giratorio (MG=0) y finalmente se mueve la banda 3 para dar lugar a otras 5 botellas ms.

Se apagan los sensores a medida que se van moviendo las botellas (S3=0, S4=0, S5=0, S6=0, S7=0). Reinicia el ciclo.Premisas No hay abastecimiento de botellas: Se colocan sensores en las entradas de la lavadora que indiquen cuando la lavadora est cargada con el nmero mximo de botellas, y solo as empezar el proceso de lavado.

Sensores averiados: Para evitar esto, se debe trabajar siempre con un par de sensores que aseguren el funcionamiento continuo de la lnea de produccin, de tal manera que si se daa un sensor, se pueda utilizar el segundo sensor o sensor de repuesto


MEF Global lavado de botellas, donde n=3,4,5,6,7

2.2.2. Lavado de las cajasEn la banda 2 se hace el transporte de las cajas a travs de las secciones de lavado y secado. A diferencia de las botellas, las cajas no requieren de una limpieza tan estricta. El proceso de lavado consta de 5 espacios con sus correspondientes vlvulas y sensores. De igual forma el secado est conformado de 5 espacios con ventiladores de aire caliente y sensores que manipulan el comportamiento de dichos ventiladores, es decir, que si se prende un sensor, se prender entonces su ventilador asociado.

Ilustracin 7. Lavado de cajas.

Ilustracin 8. Secado de cajas.Actuadores y sensores: Vlvulas: Rocan una solucin de agua caliente con soda caustica con una presin establecida sobre las cajas. Hay 5 vlvulas que se activan o desactivan segn el estado del sensor asociado (V1, V2, V3, V4, V5)

Sensor de posicin 8 (S8): Sensor que detecta si hay o no cajas en la posicin 1 de lavado.





Ventiladores: Rocan aire caliente con una presin establecida sobre las cajas. Hay 5 ventiladores que se activan o desactivan segn el estado del sensor asociado (VT1, VT2, VT3, VT4, VT5)

Sensor de posicin 13 (S13): Sensor que detecta si hay o no cajas en la posicin 1 de secado.





Motor banda 2 (MB2): Mueve las cajas a travs de los procesos de lavado y secado.

Ilustracin 9. Ubicacin de sensores y actuadores.

Protocolo:Se aplica para cualquier sensor o actuador en este proceso Se mueve banda 2 (MB2=1), se activa el sensor n (Sn=1, para n=8, 9, 10, 11, 12) y por consiguiente se abrir la vlvula n (Vn=1, para n=1, 2, 3, 4 ,5)

Se mueve banda 2 (MB2=1), se activa el sensor n (Sn=1, para n=13, 14, 15, 16, 17) y por consiguiente se prende el ventilador n (VTn=1, para n=1, 2, 3, 4 ,5)


MEFs para los procesos de lavado y secado de cajas

3. Inspeccin y transporte El objetivo de este proceso es desplazar de manera precisa los envases vacos hasta la posicin en adecuada, en la cual, el sistema de inyeccin pueda ejecutarse. Para este objetivo, es necesario hacer uso de un sensor para garantizar una buena calidad en el producto final.

Ilustracin 10. Proceso de inspeccin de botellas.

Actuadores y sensores: Inspectores de botellas vacas (IBV): Son bsicamente cmaras digitales que fotografan cada una de las botellas para asegurar que no tengan partculas extraas o daos especficos, que perjudiquen la calidad del jugo. Entre los defectos que detecta estn: objetos extraos en el fondo y en las paredes internas de la botella, labio astillado, grietas, lquido residual y botella baja.

Sensor de posicin 18 (S18): Sensor que identifica la presencia de botella.

Pistn (P): Empuja fuera de la banda transportadora a la botella que haya sido identificada por el sensor de botellas vacas. Motor Banda transportadora 3 (MB3): Se encarga de mover la banda transportadora 3.

Indicador cumplimento (NC): despus de hacer la inspeccin el indicador se prende si es una botella no conforme (NC=0) o sigue apagado si en conforme (NC=1).

Botn de stop: Detiene el proceso en cualquier parte del mismo.

Indicador de emergencia (EM): Se ilumina mientras el botn de stop est presionado y deja de alumbrar cuando se libera el botn de stop.

Ilustracin 11. Ubicacin de sensores y actuadores en la inspeccin.

Protocolo: Empieza el ciclo, a medida que van pasando las botellas por medio de la accin de la banda 3 (MB3=1), el inspector de botellas vacas analiza la botella (IBV=1).

Si la botella presenta inconformidades, el pistn se activa (P=1), no se prende el indicador (NC=0) y expulsa la botella de la lnea; en caso contrario, el pistn no se activa (P=0), el indicador permanece prendido (NC=1) y deja pasar la botellas a travs de la banda.

Se reinicia el ciclo con una nueva botella.

Premisas La mquina se tropieza con algo o est haciendo rozamiento indebido con algn elemento: Para la solucin de esta premisa, se podra implementar un sensor de temperatura en el motor o un medidor de torque de tal forma que indique cuando la mquina est haciendo ms esfuerzo de lo que debera haces en condiciones normales de funcionamiento y as saber tomar una decisin como parar el proceso para evitar que el motor se dae. Hay botellas faltantes en la hilera de transporte debido a imperfecciones en el proceso de preparacin: Para esto se implementa una condicin en el sensor de distancia que ordene a la pinza no cerrarse cuando no hay una botella presente. Se va la energa: Para este caso, es necesario guardar una variable de memoria o de estado anterior y as cuando se conecte a otra fuente de energa o cuando vuelva, el sistema seguir su funcionamiento en donde se detuvo.


MEF proceso de inspeccin botella mala

MEF proceso de inspeccin botella buena

3.1. InyeccinEl proceso de inyeccin busca depositar la cantidad de bebida exacta, con una tolerancia determinada, en cada uno de los envases que vienen del proceso de preparacin y limpieza.La tarea del proceso de llenado comienza una vez el envase es sujetado por el sistema de transporte, pues ya que la botella esta firme la accin de llenado puede realizarse con seguridad. Una vez esta agarrado el envase, la mquina contina su movimiento y un inyector de fluido baja y se introduce en la botella de modo que cuando la bebida comience a salir no se derrame, como consecuencia de la inercia provocada por el movimiento circular. Cuando el inyector se encuentra dentro del envase comienza a inyectar la bebida y a subir de nuevo de forma tal, que el dispositivo no tenga contacto con el lquido en ningn momento, por motivos de sanidad. Luego, cuando la cantidad de fluido exacta fue liberada, el inyector detiene el flujo de bebida y sube hasta su posicin inicial para volver a realizar el procedimiento con los envases siguientes.1. Cuando el sensor de distancia "S1" se activa, la pinza"P" se cierra sujetando la botella2. cuando la pinza "P" se cierra, el inyector "I" baja introducindose en la botella y enciende el sensor I13. Cuando I1 se enciende, la vlvula "V" comienza a inyectar el fluido hasta que el medidor de fluido c indique que la cantidad es adecuada, es decir, c=1.4. cuando c=1, la valvula "V" se cierra y el inyector se devuelve hasta encender al sensor I0.5. Cuando I0 se enciende, las pinzas "P" se abren, liberando la botella en la banda.6. el motor de la maquina "M" se mantiene en constante movimiento7. Los actuadores "M","V","I" y "P" funcionan siempre y cuando haya fluido en el tanque de almacenamiento.Para este proceso se necesita en cada uno de las 10 posiciones de la mquina: Sensor de distancia "S1": determina la velocidad a la cual el inyector va subiendo a medida que deposita la bebida Sensor de caudal "C": dosifica la cantidad exacta de lquido en cada envase sensor de posicin para el inyector "I" ("I0","I1"): Indican la posicin de "I" 2 Actuadores lineales ("I", "P"): controlan la posicin del inyector durante el proceso y el estado de las pinzas Motor AC: Encargado dl movimiento rotativo de la mquinaPosibles errores No se recibi envase de la banda transportadora: Al comienzo del proceso se puede hacer uso del sensor de distancia para verificar si hay un envase presente o no y as saber si en esa posicin determinada se va a llevar a cabo el proceso completo o no se va a hacer el proceso de inyeccin. Se acaba el lquido: Se puede instalar un sensor en el tanque de almacenamiento que haga una advertencia cuando la bebida se est acabando y en caso tal que se acabe del todo, de la orden de parar el proceso y evitar que los inyectores se daen y pasen botellas sin llenarse.

Ilustracin de un proceso similar

Diagrama de actuadores y sensores del proceso de llenadoNomenclatura:S1: Sensor de distanciaI0: Sensor que detecta cuando el inyector est arribaI1: Sensor que detecta cuando el inyector esta abajoC: Controlador de flujo volumtricoV: VlvulaE: Led de emergenciaEA: Estado anteriorM: Motor de mquinaP: PinzasI: Inyector

Actuadores Sensores

Mapas MEF del proceso de llenado

Pinzas Motor

Vlvula Inyector

4. TAPONADO Despus del llenado de las botellas, el tapado o taponado es la accin a realizar la cual comienza cuando las botellas son liberadas a la banda transportadora desde la inyectora, desde all, las botellas llenas se dirigen a una placa circular que recibe las botellas una por una y las conduce a donde se le coloca la tapa encima y luego a donde es roscada. Este procedimiento requiere de un dispositivo almacenador de tapas, el cual las coloca sobre la boquilla del envase, un dispositivo que las enrosque en las botellas y uno que sostenga y transporte las botellas mientras son tapadas.1. Cuando el sensor de distancia S2 se activa, se activa el funcionamiento del motor placa circular Mc, la cual lleva a las botellas por el recorrido del taponado.2. la botella pasa por el dispensador de tapas, donde se le coloca la tapa en la posicin adecuada para luego ser roscada.3. La botella activa el sensor de distancia S3 lo que provoca que el motor placa circular Mc se detenga y el actuador lineal del roscador Ml baje y active el sensor R1.4. Se rosca la tapa (se activa el motor roscador Mr)5. Cuando R1 se activa, el actuador lineal Ml sube y activa el sensor R06. EL motor placa circular Mc continua su movimiento7. todo funciona mientras haya tapas en el dispensador D=1, sino, todos los motores se detienen

Este sistema de tapado consta de: 2 Sensores de distancia: Para verificar que una botella haya llegado a la placa circular. Moto placa circular: Generador de velocidad angular para el transporte de las botellas en la placa. Motor roscador: Encargado de enroscar las tapas en las botellas. Actuador lineal: Baja y sube el roscador de tapas cuando sea necesario.

Posibles errores Al colocar la tapa de la boquilla se caiga: Se podra colocar un sensor en el dispositivo dispensador de tapas que al colocarlas sobre las botellas verifique su estabilidad Se acaban las tapas: Disponer de un sensor que indique cuando la cantidad de tapas se est agotando y que si se agota, detenga el proceso.

NomenclaturaMc: Motor placa circularMr: Motor del roscadorMl: Actuador linealS2: Sensor de llegada de botellas al sistema de taponadoS3:Sensor de llegada de botella a la ubicacin de roscadoR0: Sensor que indica que Ml est ubicado en su posicin inicial (arriba)R1 Sensor que indica que Ml est ubicado en su segunda posicin (abajo)D: Indicador de existencia de tapas en el dispensadorE: Led de emergenciaEA: estado anterior

Diagrama de actuadores y sensores del taponado

Mapas MEF para el proceso de taponadoMEF actuador Lineal del roscador MEF del motor de la placa circular

2s

MEF del motor roscador

Bibliografahttps://www.youtube.com/watch?v=_NEwtma3k9Yhttp://www.grupovichycatalan.es/proceso_embotellado_lescreusES.phphttp://electronicatecnoparque.blogspot.com/2010/11/diseno-e-implementacion-de-un-proceso.html

proyecto final control automatico

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