(a) Automatizacion de Planta Piloto Para La Produccion de Cerveza Tipo Artesanal 1229

Medina et al. (2015) 30

Ingeniar UPB 4 Universidad Pontificia Bolivariana

Automatizacin de Planta Piloto para la Produccin de Cerveza Tipo Artesanal

Sergio A. MEDINA, Didier G. LOAIZA, Ivn D. MORA, Margarita RAMREZ

Universidad Pontificia Bolivariana, Circular 1 #70-01, B11, Medelln Colombia

loaiza26 gmail.com

Resumen: Se describe brevemente como se realiz el diseo y construccin del gabinete de control con el cual se

realiza la automatizacin de la planta piloto para produccin de cerveza tipo artesanal para el grupo CIBIOT, adems

se presenta informacin sobre otros temas involucrados tratados a fondo en el trabajo de grado. Copyright 2015

UPB

Palabras clave: Cerveza, PLC, control, automtico, temperatura, SCADA, actuador, RTD, PID.

Abstract: this article briefly describes how is made the design and the construction of the control cabinet, with which

the automation of the pilot plant for the production of artisanal beer is realized, for the CIBIOT group also is presented

additional information related with the topic and treated deeply in the thesis.

Keywords: Beer, PLC control, automatic, temperature, SCADA, actuator, RTD, PID.

UPB_autoArt 2013-07-19, s 2014-05-18



1. INTRODUCCIN

A lo largo de la historia de la humanidad la cerveza siempre ha

sido una de las bebidas ms antiguas y populares de todos los

tiempos, en un principio se realizaba de forma artesanal o emprica

pero con el surgimiento de las fbricas y el auge industrial, se

empezaron a producir en grandes cantidades.

La cerveza artesanal fue desapareciendo con el tiempo sin embargo

se retom hace pocos aos, cuando las personas empezaron a

buscar nuevos sabores, ms concentrados, ms frescos y con un

toque innovador, es as como surgieron algunas empresas

dedicadas a la cerveza artesanal en Colombia, sin embargo todava

son muy escasas. Este proyecto busca promover la produccin de

este tipo de cerveza creando nuevas frmulas e ideas a partir de la

creacin de una mquina semi-automtica para este fin con la cual

se pueda controlar gran parte del proceso.

El desarrollo del proyecto busca realizar la implementacin,

automatizacin y estudio elctrico completo de la planta piloto con

el fin de que la fabricacin de esta bebida sea ms amigable y fcil

para el operario En este artculo se expone como fue la consecucin

del proyecto, tratando temas como conceptos bsicos sobre la

produccin de cerveza, el funcionamiento de la planta, el diseo y

construccin del gabinete, la implementacin del modelo

matemtico y posteriormente informacin sobre la programacin

del dispositivo lgico programable as como un sistema SCADA

para controlar el proceso mediante un computador.

2. ESTADO DEL ARTE

La cerveza artesanal es desarrollada en fbricas pequeas con baja

produccin elaboradas a solicitud de los usuarios. Este es un

mercado en crecimiento en Colombia especialmente en Bogot

(Beer Company - BBC, Palos de Moguer, Beer Station, The Pub) y

Medelln (Tres cordilleras, Apstol).

Debido a la buena acogida que han estado teniendo este tipo de

cervezas, ya se han desarrollado unas cuantas mquinas para

produccin de cerveza tipo artesanal, algunas de estas casi

completamente automatizadas y otras muy rudimentarias solo para

uso personal. Existen algunas como la HERMES 2.0 de

Blackheartbrewery de Nueva York, Estados Unidos, la cual utiliza 4 bombas y varias vlvulas para realizar los procesos con 3

tanques de acero inoxidable, adems utiliza un micro controlador

especializado para monitorear cada uno de los procesos y llevar

control sobre cada uno de estos en un tablero junto con un display.

Se han desarrollados otras mquinas de menor capacidad en las

cuales el proceso de realiza con malta lquida o malta tratada anteriormente, esto agiliza el proceso y no se necesita de un filtrado

exhaustivo haciendo que el proceso se puede realizar en un solo

tanque, mquinas como estas son por ejemplo: la Mr. Beer y la Beer

Machine.

Finalmente, otro de los equipos ms avanzados es The

WilliamsWarn Personal Brewery de Australia, la cual cuenta con

un sistema en acero inoxidable con varios sensores de temperatura

y presin, sistema para la remocin de sedimentos, dispensacin



del gas, entre otras cosas. Este equipo tarda solo 7 das en realizar

el proceso completo y como resultado se obtiene una cerveza de

sabor muy idntico a las Premium, el proceso de produccin es

patentado puesto que resuelve varios problemas presentes al

realizar cerveza artesanal como lograr la oxidacin mnima del

producto.

3. PROCESO DE ELABORACIN DE CERVEZA ARTESANAL

El proceso para la elaboracin de cerveza tipo artesanal se puede

resumir en la figura 1. A continuacin se explica cada uno de estos

procesos brevemente.

3.1. Maceracin de la cebada

El proceso de maceracin consiste bsicamente en mezclar los

cereales malteados con agua caliente a una temperatura que

normalmente es escalonada, es decir subiendo gradualmente la

temperatura cada determinado intervalo de tiempo, con el fin de

activar encimas que transforman los almidones en azucares. Por

ejemplo una curva estndar de macerado se realiza de la siguiente

forma: 40 C durante 30 min, 52C durante 30 min, de 62 C a

65 C durante 60 min y 72 C durante 30 min.

3.2. Filtrado y recirculacin

En esta etapa se realiza la separacin entre el mosto resultante de

la maceracin de la cerveza y los residuos slidos provenientes de

la cebada, como lo son sus cscaras y fibras; este proceso es

realizado por medio de un filtro o cedazo. Para mejorar este proceso

normalmente se realiza recirculacin sobre los residuos ya que la

cscara de la cebada funciona como un lecho filtrante y se pueden

obtener mostos ms finos y limpios.

Figura 1. Proceso de elaboracin de cerveza



3.3. Coccin del mosto

En esta etapa de coccin, el mosto se lleva a punto de ebullicin

para esterilizarlo, seguidamente se adiciona el lpulo en intervalos

de tiempo determinados segn protocolos del proceso, con el

objetivo de proporcionar los aromas y sabores caractersticos a la

cerveza. Al final de este proceso a nivel industrial se realiza otro

proceso intermedio conocido como Whirlpool, para separar los

slidos y tomar solo la parte liquida, sometiendo el mosto a grandes

revoluciones.

3.4. Enfriamiento del mosto

Para lograr la transformacin del mosto (sustrato) por la levadura

en alcohol, se debe enfriar el mosto lo ms rpido posible mediante

un intercambiador de calor, este procedimiento debe ser rpido para

evitar la intrusin de otros microorganismos que estropeen la

calidad de la cerveza en caso de que este al aire libre. Este

procedimiento es necesario debido a que la levadura nicamente

har su labor si el mosto se encuentra a temperatura ambiente, de

lo contrario si se adiciona con el mosto caliente la levadura morir

por la elevada temperatura.

3.5. Fermentacin

Cuando el mosto alcanza la temperatura ambiente (18 a 25 C), se

adiciona la levadura, la cual trabaja activamente primero

consumiendo el oxgeno contenido en el mosto y despus el

azcar, el cual es transformado en alcohol y anhdrido carbnico.

Para realizar este proceso es necesario que el recipiente donde se

aloja el mosto este cerrado y permita la salida del CO2 producido

por la levadura, se recomienda que la dosis de levadura sea

aproximadamente 1 gr/l de mosto.

3.6. Maduracin

Una vez el mosto ha sido fermentado se realiza el proceso de

maduracin el cual es llevado a cabo en un tanque a 0 C, en el cual

se deja reposar la cerveza verde durante aproximadamente 1 o 2

semanas, todo esto permite afinar sabores, reducir la turbidez,

sedimentar los slidos, eliminar compuestos sulfurados para

finalmente realizar la carbonatacin que no es ms que la adicin

de dixido de carbono.

4. FUNCIONAMIENTO DE LA MQUINA

El proceso de funcionamiento de la planta prototipo para

produccin de cerveza artesanal se puede resumir en la figura 2, en

dicha figura se puede apreciar los diferentes componentes que sern

manipulados mediante el controlador lgico programable ubicado

en un gabinete de control, estos elementos son: las vlvulas

solenoides, la bomba, el compresor y las resistencias de

calefaccin.

El proceso como tal involucra dos tanques, y un sistema de

inyeccin de agua, la cual es utilizada en todo el proceso para la

disolucin del mosto y para la limpieza de todo el sistema al final

del proceso. El primer tanque es el de maceracin y filtrado en el

cual se adiciona la cebada manualmente, posteriormente se bombea



agua con la ayuda de la bomba B1 y mediante el accionamiento de

las vlvulas V1 y V3 para luego calentar la mezcla mediante la

resistencia de inmersin R1, para mantener una temperatura

constante en todo el contenido del tanque se utiliza el agitador A1.

Una vez el mosto alcanza sus diferentes escalones de temperatura

mediante un control PID, implementado con el PLC, el caldo

resultante es filtrado y recirculado mediante el falso fondo del

tanque, el proceso se logra accionando las vlvulas V2, V3 y la

bomba B1, con esto los residuos slidos quedan en el filtro y el

afrecho de la cebada se emplea como lecho filtrante para obtener

una mezcla ms limpia y con menos residuos. Posteriormente se

pasa el lquido al tanque de coccin y enfriamiento, este proceso

se lleva a cabo impulsando el lquido mediante la bomba B1 y

accionando la vlvula V4, V2 y desaccionando la vlvula V3.

En el tanque de coccin y enfriamiento, se calienta nuevamente el

mosto hasta el punto de ebullicin por medio de la resistencia R2,

se esteriliza y se adiciona manualmente el lpulo. Una vez

realizado este proceso de lupulado se enfra rpidamente el caldo

mediante un intercambiador de calor el cual es accionado mediante

el compresor C1 el cual activa el lquido refrigerante y por medio

de una espiral hace contacto directo con el mosto y retira el calor.

Posteriormente es necesario llevar el mosto al tanque de

fermentacin mediante una vlvula manual V5, los dems procesos

faltantes se debern hacer de forma manual.

Al finalizar se puede realizar una limpieza general de la mquina,

esto se puede llevar a cabo retirando los residuos del afrecho en el

tanque de maceracin y accionando todas las vlvulas y la bomba

B1, con esto el agua del tanque pasa a travs de todos los tanques

y tuberas del sistema facilitando la limpieza de la mquina.

Figura 2. Esquema de la planta piloto



5. GABINETE DE CONTROL

5.1. Diseo del gabinete

El gabinete de control tiene como objetivo fundamental alojar todos

los componentes elctricos de forma ordenada, de modo que se

puedan realizar fcilmente las conexiones entre los diferentes

componentes del gabinete y se facilite la conexin de las diferentes

entradas y salidas del PLC, adems de brindar seguridad a cada una

de sus partes y componentes.

El diseo exterior bsico contempla una proteccin mediante

interruptor automtico (breaker), dos pulsadores Star y Stop para inicializar y parar algn proceso y tres pilotos indicadores,

rojo para acciones de paro, verde para indicar acciones de inicio o

funcionamiento y amarillo para indicar la intervencin necesaria

del usuario. El diseo planteado para el diseo del gabinete se

observa en la figura 3.

Posterior al diseo bsico exterior, se propuso una distribucin de

equipos en el interior del gabinete, buscando la ubicacin ptima

de los componentes, reduciendo al mximo el especio entre estos y

ubicndolos de manera tal que se lograra un fcil acceso y

conexin. El diseo preliminar planteado y la ubicacin interna de

los componentes se observa en la figura 4.

Para el control de todos los equipos ON OFF de la mquina se

implementaron rels electromecnicos y rels de estado slido, los

cuales tiene como funcin accionar cada uno de los componentes

dependiendo de la tarea de control en particular. Se emplearon

fundamentalmente tres familias de rels, las cuales se eligieron

segn su funcin y desempeo ms adecuado al momento de

accionar los equipos de la planta.

La primera familia son los rels marca CLION HC68B-4Z, 5-

110 VDC en bobina y 5 A @ 220 V para contactos, este rel es

ideal para cargas pequeas y se implement para accionar vlvulas

solenoides y pilotos.

La segunda familia son los rels marca CLION MK3P-1, 6-

110 VDC en bobina y 10 A @ 220 V para contactos, este rel es

BREAKER

PRINCIPAL

PILOTO

VERDE

PILOTO

ROJO

PILOTO

AMARILLO

PULSADOR

START

PULSADOR

STOP

Figura 3. Isomtrico planteado del gabinete

elctrico



ideal para cargas mayores y ms pesadas de la planta y se

implement para accionar una de las resistencias de inmersin y el

compresor del intercambiador de calor.

La tercera familia de rels son los rels marca CONCH SS-425DA,

4-32 VDC en la entrada o seal de control y 25 A @ 480 V para

contactos, este rel de estado slido es ideal para cargas pesadas o

que requieran un control intermitente, por lo que se implement

para accionar la bomba y la resistencia en el proceso de

maceracin.

Tanto para encender como para proteger el gabinete y sus equipos

internos contra condiciones anormales de funcionamiento como lo

son sobrecarga y cortocircuito, se emple un breaker de 15 A, esta

proteccin es la adecuada ya que bajo condiciones normales el

gabinete elctrico estar funcionando a aproximadamente 5 A

nominales y en picos de trabajo a 13 A nominales.

Entre los equipos implementados est tambin el circuito

analgico, el cual tiene como funcin realizar la adaptacin de

seal para que su correcto procesamiento dentro del PLC.

5.2. Distribucin de cargas

Para realizar el control independiente de cada una de las cargas

mediante el PLC, se realiza la asignacin de una determinada salida

de control a cada uno de los rels disponibles, los cuales

controlarn las cargas asignadas.

Puesto que el PLC cuenta con mdulo de expansin, las entradas y

salidas disponibles son ms que suficientes para la aplicacin. La

asignacin de las salidas del PLC se pueden observar en la tabla 1.

Las entradas requeridas para el control de la planta son solo 4, entre

estas estn: 2 pulsadores, Start y Stop en X0 y X1 del PLC

respectivamente y por ultimo estn los dos sensores RTD en los

canales 1 y 2 del mdulo analgico. La asignacin de entradas se

puede observar en la tabla 2.

PLCFUENTE DC

BORNERAS DCRELS

RELS

BORNERAS A EQUIPOS BORNERAS AC CIRCUITO ANALGICO

CANALETA

CANALETA

CANALETA

Figura 4. Isomtrico planteado del gabinete

elctrico



En los anexos A, B y C se pueden observar los diagramas de control

y de conexiones elctricas del gabinete como tambin fotos sobre

el montaje final del gabinete elctrico.

6. MODELO DEL SISTEMA CONTROL

En esta seccin se expone primero los fundamentos de la teora de

un sistema de control, posteriormente se realiza un modelamiento

del sistema implementado y finalmente se muestran los resultados

de la experimentacin con el modelo encontrado mediante una

simulacin del sistema de control y por ltimo su utilizacin en la

planta real.

6.1. Teora de control

En general un sistema automtico de control se compone

fundamentalmente por la planta que realiza una tarea particular y

el controlador el cual se encarga de disminuir la diferencia entre la

variable deseada y la salida del sistema, en la figura 5 se puede

observar un diagrama de lazo de control por referencia tpico. Para

el caso de la planta piloto para la produccin de cerveza tipo

artesanal, se implementara un sistema de control de temperatura,

por referencia como se puede apreciar en la figura 6.

Como se puede observar la temperatura es medida mediante un

sensor RTD el cual vara su resistencia dependiendo de la

temperatura en contacto. Con ayuda de una fuente de corriente

constante se inyecta corriente a la RTD y con esto se obtiene un

Tabla 1. Asignacin de salidas PLC

Salida PLC TAG Rel Carga o equipo

Mdulo PLC

Y0 CR1 R. Coccin

Y1 CR2 Bomba

Y2 CR3 Enfriador

Y3 CR4 Vlvula 1

Y4 CR5 Vlvula 2

Y5 CR6 Vlvula 3

Mdulo expansin

Y0 CR7 Vlvula 4

Y1 CR8 Agitador

Y2 CR9 Piloto Rojo

Y3 CR10 Piloto Verde

Y4 CR11 Piloto Amarillo

Modulo Analgico

CH6 CR12 R. Maceracin

Tabla 2. Asignacin de entradas PLC

Salida PLC TAG Entrada Equipo

Mdulo PLC

X0 P1 Pulsador Stop

X1 P2 Pulsador Start

Modulo Analgico

CH1 V1 RTD Maceracin

CH2 V2 RTD Coccin



voltaje proporcional a la temperatura con un comportamiento

prcticamente lineal. Esta seal es amplificada e introducida al

conversor anlogo digital del PLC. La seal digital se introduce al

controlador PID del PLC, cuando se detecta un error o diferencia

entre la seal deseada y medida, el controlador enva una seal

PWM a la resistencia calentadora, a travs de un rel de estado

slido, para hacer que la temperatura del tanque adquiera el valor

deseado.

6.2. Modelo del sistema

El modelo matemtico encontrado para la planta es solo del tanque

de maceracin, ya que en esta etapa se requiere un estricto control

de temperatura. El modelo considerado se puede observar en la

figura 7.

Segn se observa en la figura 7, la variable de entrada del sistema

X(s) ser la potencia electrica aplicada a la resistencia, la cual se

encarga de entregar calor al mosto. La salida Y(S) del sistema sera

la temperatura medida mediente la RTD.

Figura 6. Sistema Implementado

Figura 5. Lazo de control por referencia

Figura 7. Modelo del tanque de maceracin



Debido a la temperatura presente en el ambiente a la hora de

realizar la tarea de control, la temperatura inicial medida se ve

afectada, esta situacion es modelada en el sistema de control como

una perturbacin, lo anterior se puede resumir segn la figura 8.

Para calcular el modelo matemtico se utiliza el mtodo

experimental de la respuesta al escaln, en el que se mide la salida

del sistema en lazo abierto ante una entrada escaln. Generalmente

para los sistemas trmicos se puede modelar como un sistema de

primer orden como se ver ms adelante.

La respuesta al escaln obtenida en lazo abierto del sistema se

puede observar en la figura 9, para el tanque de maceracin a

utilizar. Grfica obtenida mediante el programa SCADA.

El escaln de entrada no se visualiza esto con el fin de apreciar

mejor la imagen, tiene una potencia de 756.92 W la cual es la

amplitud del escaln con lo que se obtiene como respuesta en el

sistema una temperatura de 83 C en estado estacionario, el sistema

se estabiliza a los 5000 segundos (1 hora y 23minutos) para un

volumen de 5 litros de agua.

La grfica permite observar que efectivamente se presenta un

comportamiento tpico de los sistemas de primer orden, por lo que

la funcin de transferencia del sistema tendr la siguiente forma:

G(s) =Y(s)

X(s)=

kpes.L

1 + Ts=

a. kpes.L

s + a

(1)

Figura 8. Variables del modelo

Figura 9. Respuesta al Escaln del sistema

0 1000 2000 3000 4000 5000 600020

30

40

50

60

70

80

90Respuesta al escalon del sistema Real

Tiempo(s)

Tem

pera

tura

(C)



donde Y(s), X(s) y Kp son respectivamente, transformada de

Laplace de la salida del sistema, la transformada de Laplace de la

entrada del sistema, y la ganancia esttica o amplificacin del

sistema para una entrada constante, se calcula como el cociente del

cambio de temperatura entre la amplitud del escaln. Las

constantes restantes L, y a son respectivamente el tiempo muerto, el tiempo caracterstico, y el reciproco del tiempo caracterstico

(1/ ).

Si a la expresin anterior se reemplaza la entrada escaln con su

correspondiente transformada de Laplace y posteriormente se

descompone en fracciones parciales, se saca la transformada

inversa se obtiene la expresin para el tiempo de la grfica obtenida

Y(t) = (1 )

(2)

de la figura 9 se obtiene entonces las constantes anteriores,

midiendo los valores de la grfica.:

L= 19 s =1222 s. a=0.0001883

=

()

(3)

=83.3 23.1

756.92= 0.0795

Por lo que se obtiene el siguiente modelo matematico para la planta.

G(s) =0.0795es.19

1 + 1222=

6.50842es.19

s + 0.000818

Se realiza el modelamiento en matlab, simulink, ver figura 10, Para

la entrada escaln, la resistencia tiene un voltaje de 119.2 V y una

corriente de 6.35 A lo que da como resultado una potencia de

756.92 W, la entrada del sistema es la potencia elctrica en este

caso se coloca como una ganancia y un escaln unitario. Se le suma

la temperatura ambiente que es 23.1 C puesto que es una

perturbacin al sistema. El bloque transport delay se encarga de

realizar el retardo de 19 s.

Se puede observar en la figura 11 una respuesta muy similar a la

real obtenida en el sistema experimental. Por lo que se puede

asegurar que el modelo obtenido representa de manera aproximada

al sistema real.

Por lo tanto se puede adoptar este modelo de primer orden para

predecir respuestas del sistema real, en tiempos reducidos ya que el

Figura 10. Simulacin de lazo abierto del sistema en

Simulink



sistema real presenta una respuesta muy lenta, pues tiene una

constante de tiempo =1222 s, lo que es equivalente a unos 20 min.

6.3. Experimentacin con la planta real

Despus de realizar la programacin necesaria, se dise una

interfaz grfica la cual permite monitorear el comportamiento del

controlador PID segn las constantes Kp, Ki y Kd ingresadas. A

diferencia de la simulacin PID mostrada en detalle en la tesis, en

el PLC delta las constantes se ingresan de acuerdo a unos niveles

de porcentaje y no como en el programa Simulink que es a travs

de nmeros.

En la figura 12 se muestra el modelo real utilizado para el

modelamiento y para realizar pruebas, consta de un agitador, el

tanque de maceracin con 5 litros de agua, la resistencia

calentadora se observa a la izquierda y las RTDs a la derecha.

No se realiz con la cerveza ya que el objetivo principal es controlar

la temperatura del lquido en el tanque y adems durante el proceso

de pruebas no se encontraba finalizada la mquina. Realizando

varias pruebas se obtuvo la respuesta de la figura 13 para una

referencia de 50 C.

Figura 11. Modelamiento del sistema en

matlab

Figura 12. Modelo real utilizado para hacer

pruebas

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 700020

30

40

50

60

70

80

90Respuesta del sistema simulado

Tiempo(s)

Tem

pera

tura

(C)



Lo Anterior fue utilizando ajustes empricos y limitando la

respuesta del lmite superior de la integral, como se puede apreciar

se obtuvieron resultados muy aceptables. Una respuesta rpida para

el sistema y un error de estado estable muy reducido. Partiendo de

la temperatura ambiente 23.7 C el sistema logra estabilizarse en

1250 segundos lo equivalente a unos 21 minutos. Alcanzando la

temperatura de 50.2 C por lo que el error de estado estable es de

solo 0.2 C.

Las constantes PID utilizadas segn el formato del PLC son las

siguientes:

Kp=10000 Ki=50 Kd=100

Lmite superior de la integral=2000

Los rangos de configuracin de las variables PID se pueden

observar en el anexo J de la tesis, en este se observa el mximo

valor aceptable para las constantes es 30000%, por lo que el valor

utilizado Kp=10000 solo es la tercera parte del mximo, se escogi

este puesto que al realizar pruebas solo con la parte proporcional se

lograba llegar a la consigna aunque con unas oscilaciones de estado

estable no deseadas. Luego se prosigui a agregar la parte integral

con el valor de Ki=50 y se limit su accin superior para evitar el

efecto windup, con esto se obtuvo gran estabilidad en la respuesta

de estado estable. Finalmente se configur la accin derivativa en

100 para lograr una respuesta ms rpida y un sistema ms flexible

ante perturbaciones.

7. PROGRAMACION DEL PLC

El programa utilizado para realizar la programacin del dispositivo

lgico programable PLC fue el ISPSoft recomendado por la marca,

permite programacin tipo ladder mediante bloques, su interfaz se

puede observar en la figura 14.

El programa del PLC se realiz basado en el diagrama de estados

diseado que se observa en la figura 15, encima de cada globo se

puede observar el nmero del estado en cuestin.

Bsicamente lo que hace el programa es verificar en qu estado se

encuentra, y dependiendo del estado realizar un determinado

subproceso el cual tiene que ver con el nombre de dicho estado, la

manera como se cambia de un proceso a otro es cuando se cumple

Figura 13. Respuesta Real del controlador PID

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 160020

25

30

35

40

45

50

55Respuesta Real del sistema

Tiempo(s)

Tem

pera

tura

(C)



determinada condicin, como por ejemplo un tiempo en el que un

proceso se termina o por accionamiento de un botn de la interfaz

grfica (SCADA).

El estado inicial es el correspondiente al encendido/configuracin

de la mquina, una vez es encendido el PLC se establece este como

el estado inicial, puesto que en este estado no se realiza ningn

proceso en particular, solo se notifica al usuario que la mquina se

encuentra encendida mediante un piloto rojo. Este estado es

importante para configurar muchos parmetros de la mquina, y es

a partir de este que se puede acceder a los dems estados mediante

la interfaz SCADA y sus botones.

El conjunto de estados correspondiente al proceso de produccin

de cerveza son los que se observan en la parte derecha de la figura

50, marcados como estados del 1-7, los cuales funcionan de forma

semiautomtica pues en la parte de adicin de la cebada y en el

lupulado es necesaria la intervencin del usuario.

Figura 14. Interfaz ISP Soft

Figura 15. Diagrama de Estados



Por ultimo estn los estados ajenos al proceso, como lo son

limpiado de la mquina, til para cuando se ha finalizado el

proceso. Y los dems estados para uso tcnico como lo son Test, el

cual permite realizar pruebas a las salidas fsicas y PID pruebas,

que permite calibrar el comportamiento del controlador PID.

El programa como tal implementado en ISPsoft se puede apreciar

completo, con detalle y su respectiva explicacin en el trabajo de

grado, en pocas palabras la programacin de este diagrama de

estados se logra mediante el uso de comparadores, temporizadores

para activar direcciones de memoria (bobinas) y utilizando

funciones de transferencia de datos a direcciones de memoria

deseadas.

8. DESARROLLO DEL SISTEMA SCADA

El Sistema SCADA es implementado en el software WINTR de

Fultek, se escogi este programa puesto que permite realizar

exitosamente la comunicacin MODBUS RTU, la cual es

compatible con el PLC, sin embargo el mapeo de las direcciones de

memoria toc hacerlo de forma manual debido a que este PLC delta

no es muy comn, y generalmente vende interfaces HMI mediante

pantallas tctiles como Sistema SCADA las cuales no se

adquirieron.

Se puede observar en la figura 16 la pantalla con la que se realiza

el proceso de la cerveza. La interfaz de la figura 16 permite

controlar y monitorear el proceso de cerveza como tal, mediante los

siguientes botones:

Comenzar: permite poner la mquina en marcha desde el principio,

por supuesto existe la opcin de seleccionar algn proceso en

particular desde el cual se puede empezar.

Continuar: este botn es utilizar en ocasiones en las que se necesita

realizar operaciones manuales, como forma de hacerle saber a la

mquina que ya se puede proseguir con el siguiente proceso.

Paro: se utiliza como medio de emergencia en caso de que se

presente algn problema en la mquina, este permite detener todo

el proceso inmediatamente.

Figura 16. Pantalla del proceso de cerveza



Adems de lo anterior esta interfaz permite visualizar el estado

actual de la mquina, los actuadores que estn habilitados, el

tiempo transcurrido del proceso particular, temperatura en los

tanques de maceracin y lupulado. Adicionalmente permite

observar la grfica PID cuando se encuentra en el proceso de

maceracin.

La interfaz de la figura 17 permite configurar cada una de las

variables importantes como lo son los tiempos en los que se deben

realizar las tareas, las rampas de maceracin y dems parmetros

importantes de polarizacin de la mquina y del PID. En la parte

inferior se puede acceder a la opcin de configurar el control PID,

y de realizar pruebas a los actuadores de la mquina. Es importante

tener en cuenta la forma de ingresar los valores de tiempo y de

temperatura como se indica en la pantalla, ya que su correcta

insercin es necesaria para que el programa funcione bien.

Otras interfaces creadas son la del limpiado de la mquina, los

ajustes PID y el modo test. Estas se mostraran en el trabajo de grado

con su respectiva explicacin.

9. CONCLUSIONES

La realizacin del gabinete de control y la automatizacin de la

planta piloto permiti afianzar y aplicar muchos de los

conocimientos adquiridos a lo largo de varios aos de estudio y

dedicacin. Se lograron cumplir satisfactoriamente los objetivos

pues se realiz la construccin del gabinete siguiendo normas

elctricas y manteniendo un grado de proteccin ptimo para cada

uno de sus elementos.

Se configur adecuadamente el dispositivo lgico programable

(PLC) despus de leer su manual de funcionamiento y aprender a

manejar el programa del fabricante se program satisfactoriamente

el dispositivo siguiendo el diagrama de estados anteriormente

diseado pensando en la flexibilidad y conformidad para el usuario

y programador.

Con el fin de supervisar y controlar ms fcilmente el proceso de

la cerveza y la configuracin de los parmetros de la mquina se

Figura 17. Pantalla de configuracin



realiz la interfaz grfica o sistema SCADA mediante la utilizacin

de un programa especial que brindaba muchos beneficios y ventajas

a la hora de mostrar resultados y visualizar cada uno de los estados

de la mquina.

Se realiz de forma optimizada y segura los diagramas elctricos y

el modelo fsico de la mquina a construir con el fin de dejar claro

la forma como se debe realizar cada proceso y conectar cada uno

de los actuadores, salidas y entradas del sistema.

Al realizar el modelamiento matemtico mediante su respuesta al

escaln se pudo observar un comportamiento caracterstico de los

sistemas de primer orden, se calcul la constante de tiempo, su

ganancia y dems parmetros y posteriormente se hall un modelo

matemtico con el que se obtuvieron resultados muy similares en

la simulacin por lo que se puede decir que el modelo calculado

representa de manera muy aproximada al sistema real a controlar.

En la parte de sintonizacin de variables PID, se observ que la

constante de mayor peso es la proporcional, despus esta la

derivativa y por ltimo la integral. El aumento considerable de la

constante integral causa una desestabilizacin del sistema, por lo

que en la prctica con el modelo real se recurri a limitar la accin

integral mediante el controlador.

Se realizaron los diagramas elctricos del gabinete, con

informacin sobre la distribucin de los equipos y su marcacin

respectiva, se hizo el diagrama de control y de interconexiones

aplicando normas y teniendo en cuenta protecciones elctricas

necesarias, esto con el fin de brindar soporte y lograr la correcta

implementacin final de la planta piloto.

AGRADECIMIENTO

Agradecemos especialmente a todas las personas que a lo largo de

nuestro recorrido acadmico aportaron con su conocimiento y

ayuda, en especial nuestros familiares, amigos, y a nuestro director

de proyecto el profesor Ivn Daro Orozco que realizo numerosos

aportes y recomendaciones para sacar adelante el proyecto, tambin

a Margarita Ramrez y Yesid Vlez que facilitaron la consecucin

del proyecto de grado.

REFERENCIAS

A, B. C. (s.f.). A Better control of Beer Properties by Predicting Acidity of hop. Boulton, C. (s.f.). Brewing Yeast and fermentacion.

College of industrial Engineering. (s.f.). Obtenido de

http://cdn.intechopen.com/pdfs/11617/InTechPlc_control_and_matlab_simulink_simulations_a_translation_approach.pdf

Delta Products. (22 de septiembre de 2013). Obtenido de Delta Group:

http://www.deltaww.com/Products/CategoryListT1.aspx?CID=060301&PID=253&hl=en-US&Name=DVP-SS2%20Series

ELECTRONICS, D. (s.f.). Instructions Sheet . Obtenido de

http://www.delta.com.tw/product/em/control/plc/download/manual/Delta_DVP-SS2_I_MUL_20140224.pdf

Ellis, G. (2004). Control Systems Design Guide. San Diego : Elsevier Academy

Press. Fultek. (22 de septiembre de 2013). WinTr SCADA Help Pages. Obtenido de

SCADA software: http://scada.fultek.com.tr/

Hernan, V. J. (1992). Controladores Logicos Programables.



Hernan, V. J. (2005). Fundamentos de los sistemas de control electricos. Medellin: UPB.

Ogata, K. (2003). Ingenieria de Control Moderna. Madrid: PRENTICE HALL.

Portal de cerveza artesanal. (20 de febrero de 2012). Obtenido de www.cervezas.info/macerado.html

Univerisad del Pais Vasco. (s.f.). Obtenido de

http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm [Citado en

abril 2 del 2013]

University of Newclastle Australia. (s.f.). Obtenido de http://www.eng.newcastle.edu.au/~jhb519/teaching/caut1/Apuntes/PID.

pdf

Wolfgang. (2004). Technology Brewing and Malting. Berlin.

AUTORES

Sergio Andrs MEDINA CALVO, Realiz su

formacin como bachiller en el colegio EL

ROSARIO de Barrancabermeja, posteriormente

realiz estudios profesionales en la Universidad

Pontificia Bolivariana de Medelln, Actualmente

es Egresado prximo a graduarse del programa

ingeniera Elctrica y electrnica. Durante sus

estudios en la universidad se destac por obtener

excelentes calificaciones, por participar activamente en eventos

universitarios y por brindar apoyo a sus profesores y compaeros durante

su estudio.

Didier Giovanny LOAIZA MEJIA, es egresado

prximo a graduarse de los programas Ingeniera

elctrica y electrnica, durante sus estudios se

caracteriz por ser una persona responsable y

dedicada, actualmente labora como ingeniero de

proyectos en la empresa Indisa S.A, a la cual

pertenece hace 2 aos.

Ivn Daro MORA OROZCO, docente titular de la

Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica de la

UPB. Magster en Automtica con nfasis en robtica.

Actualmente es el Coordinador del Semillero en

Automtica y Diseo A+D.

Margarita RAMREZ CARMONA, Doctora y Magister en Tecnologa de Procesos Qumicos y

Bioqumicos de la Universidad Federal de Rio de

Janeiro, Ingeniera Qumica de la Universidad

Pontificia Bolivariana y directora del Centro de

Estudios y de Investigacin en Biotecnologa

(CIBIOT). Ha desarrollado proyectos de diseo de

bioprocesos. Sus reas de experiencia profesional comprenden biominera,

biotecnologa ambiental, bioseparaciones, vigilancia tecnolgica y

comercializacin de tecnologa. Tiene una patente de invencin concedida

en el rea de bioabsorcin para la deshidratacin de solventes.



ANEXO A

RESISTENCIA

DE COCCIN1

1

1

10

10

F

s/s

G

L

N

+

_

X0

C0

Y0

Y1

Y2

CR1

X1

CR2

CR3

C1

Y3

Y4

Y5

S2

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

SP

C0

CR4

CR5

CR6

CR8

CR9

CR10

CR11

CR7

COM

XA

V1+

V2+

COM

V6+

COM

L3

L

N

G

120 V AC, 20A, 1F, 3H,

+

V1

V2

-

C

C

A

CR12

CR2

CR3

CR1

s

CR4

s

CR5

s

CR6

s

CR7

CR8

CR9

L2CR10

L1CR11

CR12

BOMBA

INTERCAMBIADOR

SOLENOIDE 1

SOLENOIDE 2

SOLENOIDE 3

SOLENOIDE 4

AGITADOR

PILOTO

AMARILLO

PILOTO

VERDE

PILOTO

ROJO

1

P1

P2

24 V DC, 2.5A, 2H,

CB1

RESISTENCIA

MACERACIN

L N

RTD1

RTD2

4

2

4

6

6

6

6

2 10

3 4

2 10

14 13

14 13

14 13

14 13

14 13

14 13

14 13

3 4

10

10

10 6

10 6

10 6

10 6

2

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

17 18

1 2

1 2

1 2



ANEXO B

TB3

GABINETE

ELCTRICO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

RESISTENCIA

DE COCCIN

BOMBA

INTERCAMBIADOR s

SOLENOIDE 1

s

SOLENOIDE 2

s

SOLENOIDE 3

s

SOLENOIDE 4

AGITADOR RESISTENCIA

MACERACIN

RC1 RC2 B1 B2 I1 I2 S1 1 S1 2 S2 1 S2 2 S3 1 S3 2 S4 1 S4 2 A1 A2 RM 1 RM 2

RC B I S1 S2 S3 S4A RM



ANEXO C

Este anexo contiene una breve documentacin fotogrfica del progreso de construccin del gabinete hasta su

finalizacin. En estas fotos se observa la etapa de organizacin de elementos y posteriormente se realiza la

colocacin y el cableado de cada uno de ellos.



Aqu se puede observar el gabinete finalizado y funcionando correctamente.

(a) Automatizacion de Planta Piloto Para La Produccion de Cerveza Tipo Artesanal 1229

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Transcript of (a) Automatizacion de Planta Piloto Para La Produccion de Cerveza Tipo Artesanal 1229