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
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
II
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
III
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
IV
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
V
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
VI
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 VII
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 VIII
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 IX
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 X
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
XI
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 XII
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 Gráfico 5.7: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ..................................... 83 XIII
Gráfico 5.8: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ..................................... 84 Gráfico 5.9: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin .................................... 85 Gráfico 5.10: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 86 Gráfico 5.11: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 86 Gráfico 5.12: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 87 Gráfico 5.13: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 87 Gráfico 5.14: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 88 Gráfico 5.15: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 88 Gráfico 5.16: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 89 Gráfico 5.17: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 89 Gráfico 5.18: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 90 Gráfico 5.19: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 90 Gráfico 5.20: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 91 Gráfico 5.21: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 91 Gráfico 5.22: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 92 Gráfico 5.23: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 92 Gráfico 5.24: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 93 Gráfico 5.25: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 93 Gráfico 5.26: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 94 Gráfico 5.27: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 94 Gráfico 5.28: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 95 Gráfico 5.29: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 95 Gráfico 5.30: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin ................................... 96 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 XIV
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 2 Manual de fallas ........................................................................ 131 Anexo 3 Gráfica 3 Manual de fallas ........................................................................ 131 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
XV
ANEXO 5 Anexo 5 Gráfica 1: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 166 Anexo 5 Gráfica 2: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 167 Anexo 5 Gráfica 3: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 168 Anexo 5 Gráfica 4: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 169 Anexo 5 Gráfica 4: Planos Eléctricos de Máquina Envasadora .............................. 170 Anexo 5 Gráfica 6: Planos Estructural de Máquina Envasadora ............................ 171 Anexo 5 Gráfica 7: Plano Estructural de Máquina Envasadora .............................. 172 Anexo 5 Gráfica 8: Plano Estructural de Máquina Envasadora .............................. 173 Anexo 5 Gráfica 9: Plano Estructural de Máquina Envasadora .............................. 174 Anexo 5 Gráfica 10: Plano Estructural de Máquina Envasadora ............................ 175 Anexo 5 Gráfica 11: Plano Estructural de Máquina Envasadora ............................ 176
XVI
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 Anexo 2 Tabla 2 Manual de Envasadora de Químicos N2 ...................................... 128 Anexo 2 Tabla 3 Manual de Envasadora de Químicos N2 ...................................... 128
XVII
ABSTRACT AÑO ALUMNO/S 2013
GABRIEL ALEJANDRO JÁCOME BRIONES
DIRECTOR DE TESIS ING. BYRON LIMA.
TEMA TESIS AUTOMATIZACIÓN DE DOSIFICADORA DE
PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA
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.
XVIII
ABSTRACT YEARS 2013
STUDENT /S GABRIEL ALEJANDRO JÁCOME BRIONES
THESIS DIRECTOR ING. BYRON LIMA.
THESIS TOPIC AUTOMATION OF CHEMICAL DOSING N2 APPLIED IN THE
PEDRO JOSÉ SOLÍS RIVERA
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.
XIX
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).
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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. 21
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". 22
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.
Gráfico 1.1 Máquina envasadora “N2” antes de la automatización Fuente: Empresa Dupocsa, 2012
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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”.
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1.5 Variables e Indicadores 1.5.1 Cuadro de variables de la envasadora de químicos “N2”.
IDENTIFICACIÓN MAQUINARÍA Variables de trabajo
LLENADORA N2
Numero de boquillas
8 Depende del envase a
Tiempo de llenado
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 TÉCNICAMAQUINARÍA
LLENADORA N2
Equipo actual: Válvulas operativas
8
Voltaje de alimentación
220VAC
N. De operadores en línea
3
Capacidad tanque de envasadora Velocidad de la banda
250 litros 0 a 10 mts por min.
Control de llenado del tanque
Automático
Técnica de envasado
Por recirculación producto 3052 mm longitud x 2300 mm altura x 770 mm
Medidas de la máquina
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 25
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. 26
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.
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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.
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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.
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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.
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El glifosato es el principio activo del herbicida Roundup (nombre ( comercial producido por Monsanto, Monsanto cuya patente expiró en 2000). ). Monsanto patentó en algunos países el evento "40-3-2" "40 en la soja transgénica,, el cual confiere resistencia al glifosato. Aunque existen actualmente muchos otros tipos de cultivo resistentes al glifosato como maíz, algodón, canola, etc. (Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Glifosato) http://es.wikipedia.org/wiki/Glifosato
Gráfico 2.2: Gráfica de formulación del glifosato Fuente: http://File:Glyphosate.svg?uselang=es
2.3 Gráfica ráfica de formulación del glifosato
Gráfico 2.3: 2. Marcas principales productos que se elaboran en Dupocsa Fuente: http://www.dupocsa.com/content/fertilizantes
2.4 Descripción del Proceso de Trabajo 2.4.1 Dosificación
La utilización de máquinas máquina dosificadoras con sistemas análogos,, con la utilización de boquillas manuales, sistema de llenado del tanque de forma inadecuada. Sistema de mangueras tanto para la parte hidráulica y neumática inadecuados para el proceso tanto para el producto a envasar. 31
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
Envasadora manual de químicos en botella
Bodega de químicos y materia prima
Formulación
Colocación de tapas manualmente
Encartonado y empaletizado de procesos en bodega
de ventas
Tanque de alimentación de productos químicos
Etiquetado manual de botellas
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”. 32
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.
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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 34
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 35
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 36
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.
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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. 38
Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor. Rectificador
Circuito intermedio
Inversor
Unidad de Control 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. 39
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
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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
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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 42
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. 43
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
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Fuerza de empuje actuando el aire en toda el área del pistón Diámetros Área del del cilindro piston (mm) (mm2) 6 8 10 12 14 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200
28 50 79 113 154 201 314 491 804 1.257 1.963 3.117 5.027 7.854 12.272 20.106 31.416
Fuerza a restar por el área del vastago del piston en el retorno Diámetro Área del Fuerza de empuje en newtons a varias del vástago vástago del Fuerza de retroceso a varias presiones presiones (bar) (newtons) del pistón pistón (mm2) (mm2) 1,0 5,0 7,0 10,0 1,0 5,0 7,0 10,0 2,8 14,1 19,8 28,3 4 13 1,3 6,3 8,8 12,6 5,0 25,1 35,2 50,2 6 28 2,8 14,1 19,8 28,3 7,9 39,3 55,0 78,5 8 50 5,0 25,1 35,2 50,2 11,3 56,5 79,1 113,0 10 79 7,9 39,3 55,0 78,5 15,4 76,9 107,7 153,9 12 113 11,3 56,5 79,1 113,0 20,1 100,5 140,7 201,0 16 201 15,4 76,9 107,7 153,9 31,4 157,0 219,8 314,0 20 314 20,1 100,5 140,7 201,0 49,1 245,3 343,4 490,6 25 491 31,4 157,0 219,8 314,0 80,4 401,9 562,7 803,8 32 804 49,1 245,3 343,4 490,6 125,6 628,0 879,2 1.256,0 40 1.257 125,6 628,0 879,2 1.256,0
196,3 311,6 502,4 785,0 1.22,6 2.009,6 3.140,0
981,3 1.373,8 1.962,5 1.557,8 2.181,0 3.115,7 2.512,0 3.516,8 5.024,0 3.925,0 5.495,0 7.850,0 6.132,8 8.585,9 12.265,6 10.048,0 14.067,2 20.096,0 15.700,0 21.980,0 31.400,0
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.
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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.
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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 47
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.
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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.
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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. 50
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 51
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.
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CAPÍTULO 3: DISEÑO DE CONTROL DE LA MÁQUINA ENVASADORA 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.
Salida de Botellas Dosificadas con volumen de líquido seleccionado.
Ingreso de Botellas Vacías
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.
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TRANSPORTACIÓN DE BOTELLAS
DETECCIÓN DE BOTELLAS
LLENADO DEL RESERVORIO
DOSIFICACIÓN DE LÍQUIDO
EVACUACIÓN DE BOTELLAS
Gráfico 3.2 Diagrama de bloque de Subprocesos de la Máquina Envasadora N2 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.
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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.
Gráfico 3.4: Tanque de almacenamiento Fuente: Los autores,2013.
Gráfico 3.5: Reservorio de la máquina 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 55
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 S7200 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, 56
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.
Gráfico 3.7: CPU 224 Siemens Fuente: Los Autores, 2013.
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.
Gráfico 3.8 Conexiones de alimentación del autómata S7-200 Fuente: Manual del usuario CPU 224 Siemens.
57
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 Fuente: Los autores, 2013.
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. 58
•
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.
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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.
60
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.
Gráfico 3. 11: Puerto de comunicación del HMI
Fuente: Los autores, 2013.
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 3.12: Configuración del puerto de comunicación Fuente: Los autores, 2013. 61
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 Fuente: Los autores, 2013.
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.
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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.
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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.
Gráfico 4.4: Bomba neumática de diafragma Fuente: Los Autores, 2013
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. 64
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.
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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.
66
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 200240 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
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4.3.1 Conexiones del variador
En el siguiente grafico variador.
se muestra las conexiones que se deben realizar en el
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
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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 bFr UnS ACC dEC LSP HSP Ctt Ufr
Descripción Frecuencia estándar del motor Tensión nominal del motor Aceleración Deceleración Velocidad mínima Velocidad máxima Tipo control motor Compensación RI (ley U/F)
valor 60 Hz 220V 3 segundos 3 segundos 0 Hz 60 HZ Ley U/F standar 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.
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Código bFr UnS npr Cos ncr frs Ctt tfr nsp
Descripción Frecuencia estándar del motor Tensión nominal motor Potencia nominal motor Motor cos phi nominal Intensidad nominal del motor Frecuencia nominal del motor Tipo control motor Frecuencia maxima Velocidad nominal del motor
valor 60 Hz 220V 0.37 KW 0.75 1.1A 60 HZ Ley U/F standar 60 Hz 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 70
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. 71
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
72
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
73
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
74
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 Fuente: Los Autores, 2013
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 Fuente: Los Autores, 2013 75
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 Fuente: Los Autores, 2013
76
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 Fuente: Los Autores, 2013
77
Gráfico 5.2: Diagrama de Flujo Fuente: Los Autores, 2013.
78
Gráfico 5.3: Diagrama de Flujo Fuente: Los Autores, 2013.
79
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 S2 Pulsador S3 Sensor magnético
I1.0 I1.1 I1.2
Start. Paro. Cilindro de sellado.
S4 Sensor óptico S5 CN Sensor de nivel
I0.5 I0.6
Ingreso de botellas. 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
Relé K1 Relé K2 Relé K3
Q0.0 Q0.1 Q0.2
Relé K4 Relé K5, k 6 Relé k7 Relé k8 Relé k9
Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0
Descripción
Electroválvula V1 Traba de entrada Electroválvula V2 Traba de salida Electroválvula V3 Pistón de sellado de botellas Electroválvula V4 Bomba neumática B1 Contactor KM1 Banda Transportadora Luz piloto de Start L1 Luz piloto dosificado L2 Luz piloto de bomba L3
Tabla 5.2: Dirección de Salidas para el programa de control Fuente: Los Autores, 2013.
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
80
Temporizadores Valor Preselección PT 20
Retardo a la conexión TON
Dirección
Resolución ms
Descripción
T37
100
VW204 VW208 VW242
TON TON TON
T38 T39 T40
100 100 100
VW240 VW244
TON TON
T41 T42
100 100
Tiempo de retardo del pistón de sellado baje. Tiempo de dosificado. Tiempo de vacio Tiempo de retardo para encendido de la banda transportadora Tiempo de salida de botellas Tiempo de retardo de la traba de entrada
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.
81
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
82
Gráfico 5.6: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.7: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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
83
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.
Gráfico 5.8: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
84
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.
85
Gráfico 5.10: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.11: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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 86
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.
Gráfico 5.12: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.13: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
87
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).
Gráfico 5.14: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.15: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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 88
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.
Gráfico 5.16: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.17: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
89
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.
Gráfico 5.18: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.19: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
90
Gráfico 5.20: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.21: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
91
Gráfico 5.22: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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
Gráfico 5.23: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
92
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.
Gráfico 5.24: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.25: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
93
Gráfico 5.26: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
Gráfico 5.27: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
94
Gráfico 5.28: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
El contacto Q0.0 se encuentra cerrado y al cerrarse el contacto M30.2 se realiza el cambio al estado 12.
Gráfico 5.29: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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.
95
Gráfico 5.30: Impresión de Pantalla de Programa MicroWin Fuente: Los Autores. 2013
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).
96
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.
97
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
98
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. 99
Para crear las variables realizamos el siguiente procedimiento y usamos la siguiente tabla. Nombre BOT_IN
Tipo WORD
Dirección VW212
Descripción Contador de botellas
ENC_BANDA
WORD
VW242
P_IN P_OUT T_LLENADO
WORD WORD WORD
VW244 VW240 VW204
Tiempo de encendido de banda transportadora Traba de entrada Traba de salida Tiempo de llenado
T_VACIO RECETA_GALON RECETA_LITRO OPERADOR RECETA_3
WORD BOOL BOOL BOOL BOOL
VW208 M11.2 M11.1 M11.6 M11.3
Tiempo de vacio Receta para galón Receta para litro Menú de operador Receta 3
RECETA_4 RECETA_5
BOOL BOOL
M11.4 M11.5
Receta 4 Receta 5
Tabla 5.6: Variables utilizadas en el programa de control Fuente: Los Autores. 2013
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 Fuente: Los Autores. 2013 100
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
101
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
102
PRESUPUESTO
CUADRO DE DETALLE DE MATERIALES USADOS Y COSTO TOTAL DEL PROYECTO
Descripción
Cod. Articulo 1
Cantidad P. Unitario
Automatizacion de Envasadora de Quimicos
1
TOTAL
8200
8200,00
Sub-Total $
$8.200,00
"N2" 1
Construccion de tanque de almacenamiento
1
en acero inoxidable con capacidad para 65 galones, incluye tapa para limpieza del tanque, adicional visor en policarbonato 2
Rediseño de banda transportadora de 3 mts
1
3 4 5
con su respectiva guia, piñones y motoreduc tor y templadores Construccion de pulmones de aire Soporte porta boquillas de 1,22 mts Construccion de juegos de 6 boquillas en
2 1 1
acero inoxidable para productos quimicos
6
Automatizacion y construccion de tablero electrico para comando de la envasadora
1
7 8
Juego de 6 cilindros neumatico para boquillas
1 1
Accesorios neumaticos, conectores mangueras, reguladores de aires, silenciadores electrovalvulas y actuadores
9 10
Son:
Cilindro neumatico para banco de boquillas
1
Cilindro neumatico para topes de botellas
1
Nueve mil ciento ochenta y cuatro,00/100 dolares
$984,00
12% IVA TOTAL
$
Tabla 1 Presupuesto total de la Máquina envasadora “N2”
Fuente: Los autores
El 100% del costo del proyecto fue financiado por la empresa Dupocsa
103
$9.184,00
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.
104
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.
105
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.
106
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.
107
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. 108
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. 109
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.
110
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-5625429598.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 111
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
112
ANEXO 1 CARACTERÍSTICAS Y DATOS TÉCNICOS DE LA CPU 224
113
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS CPU 214, FAMILIA S7-200
Anexo 1 Gráfico 1 CPU 224 Fuente: Los autores
• • • • 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
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
114
•
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
115
ANEXO 2 MANUAL DE USUARIO DE LA MÁQUINA ENVASADORA N2
116
ANEXOS 2: MANUAL DE USUARIO ENVASADORA DE QUÍMICOS N2
Anexo 2 Gráfico 1 Máquina Envasadora N2 Fuente: Los autores
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.
117
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. Voltaje de Alimentación Potencia presión de Aire de Entrada Número de Boquillas Capacidad del Tanque Capacidad de Llenado Velocidad de Llenado Tipo de Fluidos a Envasar Tipo de Envases Velocidad de la Banda Transportadora Estructura del Equipo Principio de funcionamiento Porcentaje de error envasado Medidas de las máquina
220 VAC. Monofásico 1.2 KW 80 a 100psi 8 boquillas 250 litros 0.5 litros a 3.89 litros 16 botellas por minutos Fluidos Medianamente Viscosos Botellas Plásticas 0 a 10 mts. / minutos Acero Inoxidable Llenado por Caída Libre +/- 0.5 % de error en el envasado 3mts de largox2,50mts de altox2mts de ancho
•
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
118
•
En la pantalla del panel del operador se enciende y se muestra el mensaje principal, para ingresar al menú pulsar la tecla F1. F1
Anexo 2 Gráfico 3 Manual de Envasadora de Químicos N2,, Mensaje de Inicio Fuente: Los autores
•
teclado buscamos la opción descarga. descarga Con el cursor inferior del teclado
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
•
En la pantalla del panel operador se muestra las siguientes opciones: Pistón ON (F1 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 galón. 119
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.
120
Anexo 2 Gráfico 9 Manual de Envasadora de Químicos N2,, Menú de Receta Fuente: Los autores
En la pantalla se muestra el mensaje para ingresar el número de botellas de entrada y luego presione enter, este valor puede ser del 1 al 8,, mediante el teclado se ingresa el valor y luego pulsamos la tecla enter para guardar el valor ingresado. ingresado
Anexo 2 Gráfico 10 Menú de Configuración de Cantidad de botellas a Ingresar Fuente: Los autores
•
Ell 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 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 multiplicar por 10, es decir si queremos que el tiempo de envasado de un producto sea de 10 seg. Debemos ingresar 100, de esta forma se ingresa los tiempos en los demás parámetros de funcionamiento.
Anexo 2 Gráfico 11 Menú de Configuración del Tiempo de Llenado Ll Fuente: Los autores
•
El siguiente parámetro de funcionamiento es el tiempo de vacío o tiempo en que la máquina deja de dosificar este tiempo se coloca 2 segundos. segundos
121
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
122
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.
123
¿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. 124
•
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 01
02
PARTE
DESCRIPCIÓN TÉCNICA
Unidad de
Regulador con sistema de retención de agua y
mantenimiento
aceites, con manómetro de escala de 0 a 150 psi.
Trabas de entrada y Cilindros neumáticos de 5 mm diámetro del salida
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
125
07
08
Mangueras
Mangueras de medidas N.- 6,8 y 10 que soportan
neumáticas
presiones de hasta 200 psi.
Actuadores
Mecanismo 5 a 2, 3 entradas 2 salidas conmutadas,
neumáticos
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
Breaker bipolar de 6 Amp, para ser montado en
Transportadora
riel tipo DIN, tipo caja moldeada, de accionamiento rápido, protección eléctrica del motor y variador de velocidad
04
Breaker Sensores y
Breaker bipolar de 12 Amp, para ser montado en
fuente de poder
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 126
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 Varillas de acero inoxidable de 3 mm de diámetro. de nivel
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
posiciones
2 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 velocidad
de Variador de velocidad para motores de hasta ½ de HP, 220 VAC de alimentación y salida 220 VAC trifásico, 127
Marca
Telemecanique,
modelo
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.
Anexo 2 Tabla 2 Manual de Envasadora de Químicos N2 Fuente: Los autores
Elementos Hidráulicos. 01
Boquillas
Compuesta por 3 partes:
dosificación
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
03
Mangueras
Manguera de teflón y carbón con alma de acero de
dosificación
medida de ¾” para uso en químicos agresivos.
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”
Anexo 2 Tabla 3 Manual de Envasadora de Químicos N2 Fuente: Los autores
128
ANEXO 3 MANUAL DE FALLAS Y POSIBLES SOLUCIONES
129
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 130
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. 131
Revisar el suministro de aire comprimido este en los niveles adecuado de trabajo, esto es de 80 a 100 PSI. Revisar electroválvula V2, 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 Q2, que no esté quemada o abierta, este relé es el encargado de activar la bobina actuadora de la electroválvula V2. Revisar cilindro de entrada, ubicado al final 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 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. 132
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. Revisar el suministro de aire comprimido este en los niveles adecuado de trabajo, esto es de 80 a 100 PSI. Revisar electroválvula V3, 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 Q3, que no esté quemada o abierta, este relé es el encargado de activar la bobina actuadora de la electroválvula V3.
133
Revisar cilindro de entrada, ubicado al final 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. Revisar que banco de boquillas este libre en su movimiento, que este correctamente engrasado y lubricado. Asegurarse que no exista fuga de aire en manifold principal del equipo. 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 el suministro de aire comprimido este en los niveles adecuado de trabajo, esto es de 80 a 100 PSI. 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.
134
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. 135
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.
136
ANEXO 4 PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC.
137
Bloque: Autor: Fecha de creación: Fecha de modificación:
PRINCIPAL 10.04.2012 02.07.2013
Símbolo
15:47:12 18:56:01
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
RECETA_LITRO EN
TF2
RECETA_GALON EN
TF3
RECETA_MED_L~ EN
TF4
RECETA_4 EN
TK1
RECETA_5 EN
TK2
OPERADOR EN
Símbolo TF1 TF2 TF3 TF4 TK1 TK2
Dirección M11.1 M11.2 M11.3 M11.4 M11.5 M11.6
Comentario RECETA PARA 1 LITRO RECETA PARA 1 GALON RECETA PARA 1/2 LITRO RECETA 4 RECETA 5 OPERADOR
Network 2 CICLO DE ENVASADO SM0.0
CICLO_ENVASA~ EN
138
Network 3 TEST DE LA MAQUINA M10.0
M12.0
MOV_W EN
ENO
+25 IN
M12.1
OUT VW200
MOV_W EN
ENO
+26 IN
OUT VW200
Network 4 RESET DE LA MAQUINA PARO
MOV_W EN
/
M12.6
ENO
+1 IN
OUT VW200
M13.4
Símbolo PARO
Dirección I1.1
Comentario RESET DE MAQUINA
Network 5 CAMBIO A ESTADO 1 PARO
START
M10.0
5.A
VW200
Símbolo PARO START
Dirección I1.1 I1.0
Comentario RESET DE MAQUINA ENCENDIDO DE LA MAQUINA
139
MOV_W EN
ENO
+2 IN
OUT
5.A
Network 6 CAMBIO A ESTADO 2 M10.1
K1
MOV_W EN
/
ENO
+3 IN
Símbolo K1
Dirección Q0.0
OUT VW200
Comentario TRABA DE ENTRADA
jjjkjqsfl,-mnbbhjjjkkkkj
Network 7 CAMBIO A ESTADO 3 M10.2
K2
MOV_W EN
ENO
+4 IN
Símbolo K2
Dirección Q0.1
OUT VW200
Comentario TRABA DE SALIDA
Network 8 CAMBIO A ESTADO 4 M10.3
K5
MOV_W EN
+5 IN
Símbolo K5
Dirección Q0.5
ENO
OUT VW200
Comentario MOTOR DEL TRANSPORTADOR
140
Network 9 CAMBIO A ESTADO 5 RETRAZO DE TRABA DE ENTRADA M10.4
B_IN
T42 IN
TON
T_BANDA PT
100 ms
