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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

ACTUALIZACIÓN DE AUTOMATISMOS PARA EQUIPOS DE ENVASADO EN LA

PLANTA MINALBA - PEPSI COLA DE VENEZUELA, C.A

Por: Fernando Álvarez Liporace

INFORME DE PASANTÍA

Presentado ante la Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar por

el título de Ingeniero Electrónico

Sartenejas, junio de 2012.






Por: Fernando Álvarez Liporace

Realizado con la asesoría de:

Prof. Gustavo Sánchez

Tutor industrial: Ing. Melitza Rico


Presentado ante la Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar por

el título de Ingeniero Electrónico

Sartenejas, junio de 2012.

PÁGINA DE APROBACIÓN

iv







Presentado por: Fernando Álvarez Liporace. Carnet: 06-39146

Realizado con la asesoría de: Prof. Gustavo Sánchez

RESUMEN

La pasantía consistió en cuatro proyectos de automatización en líneas de envasado de agua

mineral en la Planta Pepsi Cola de Venezuela en San Pedro de los Altos, lo cual incluye diseño,

planificación y puesta en marcha de cada uno de ellos. Los proyectos surgen de la necesidad de

migrar paneles de control y tableros obsoletos, además de introducir mejoras en el

funcionamiento que permitan optimizar el proceso productivo e incrementar la vida útil de los

equipos. También se actualizaron los manuales de operación, los esquemas eléctricos y la

documentación del software. Finalmente, se validaron mediante pruebas los parámetros

característicos de cada equipo.

Palabras Clave: Sistemas de Control, Automatización, Actualización, Envasado.

v

DEDICATORIA

A Dios por guiarme siempre y acompañarme en todo momento.

A toda mi familia y amigos, porque sin ustedes no hubiera sido posible todo esto; gracias por

apoyarme incondicionalmente en los momentos más difíciles.

A mi Abuelo Rodrigo por ser quien fuiste conmigo, para mí siempre fuiste el mejor abuelo del

mundo, no tengo palabras para expresar cuanto te extraño en mi vida.

Al Colegio Cristo Rey y todos sus profesores que siempre me guiaron desde muy pequeño,

entregándome todas las herramientas necesarias y formándome como una mejor persona.

A la Universidad Simón Bolívar, por ser mi segunda casa durante mucho tiempo y formarme

como profesional.

Al fútbol por ser ese complemento durante toda mi vida, que tanto me hace feliz y me permitió

tener la motivación para lograr esto.

vi

AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS

A mis padres, María Nelly y Maximiliano por guiarme siempre y apoyarme durante toda mi

vida, siempre con todo el amor del mundo.

A mis hermanos, Andrea y Maximiliano por estar siempre a mi lado y ser siempre un ejemplo

a seguir.

A mis abuelos, Maximiliano, Charo, Rodrigo y Carmina por demostrarme siempre todo su

cariño y regalarme una infancia tan feliz.

A mis tíos y tías, Carmen, María Fernanda, Daniel y Alejandro, por apoyarme siempre en todo

momento y brindarme todo su cariño.

A mis primos, Verónica, Daniela, Gabriela, María Alejandra, Jorge y Nicolás por ser siempre

más que familia, amigos incondicionales.

A mis amigos de toda la vida y los que pude conocer en la Universidad, gracias por tantos

momentos alegres, espero contar con ustedes para siempre.

A mi novia, por ser la mujer que cambió mi vida y me permitió superar todos los momentos

difíciles con todo su cariño y amor.

Al Sr Edgar López y todo el personal de la Planta Pepsi Cola, por recibirme y brindarme la

oportunidad de tener ésta increíble experiencia.

Al Profesor Gustavo Sánchez por todo su apoyo y sabias palabras de experiencia que me

ayudaron en todo momento.

vii

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ............................................................................................................................................................... ivDEDICATORIA ...................................................................................................................................................... vAGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS..................................................................................... viÍNDICE GENERAL .............................................................................................................................................viiÍNDICE DE FIGURAS.......................................................................................................................................... xLISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ......................................................................................... xviiINTRODUCCIÓN................................................................................................................................................ 18Capítulo 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ......................................................................................... 20

1.1. Misión de la empresa [8] ........................................................................................................................ 211.2. Visión de la empresa [8] ......................................................................................................................... 211.3. Estructura organizativa............................................................................................................................ 211.4. Área de trabajo........................................................................................................................................... 22

Capítulo 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS .................................................................................................. 242.1. Equipos de potencia ................................................................................................................................. 24

2.1.1. Contactor .............................................................................................................................................. 242.1.2. Relé: ....................................................................................................................................................... 242.1.3. Guardamotor o interruptor termo magnético ............................................................................. 242.1.4. Variadores de frecuencia: ................................................................................................................ 252.1.5. Componentes internos del convertidor de frecuencia.............................................................. 25

2.2. Equipos de control e instrumentación ................................................................................................. 262.2.1. Controlador lógico programable (PLC): ..................................................................................... 262.2.2. Panel TP177B ..................................................................................................................................... 292.2.3. Sensores: ............................................................................................................................................... 312.2.4. Electroválvulas: .................................................................................................................................. 37

2.3. Planos eléctricos ........................................................................................................................................ 38Capítulo 3 PROYECTO 1: MÁQUINA MEZCLADORA DE BEBIDAS ......................................... 40

viii

CARBONATADAS DE LÍNEA 4 .................................................................................................................. 403.1. Descripción de los equipos de la línea de producción.................................................................... 41

3.1.1. Despaletizador: ................................................................................................................................... 413.1.2. Posicionadora de botellas ................................................................................................................ 413.1.3. Vías aéreas de botellas...................................................................................................................... 423.1.4. Transporte de botellas vacías.......................................................................................................... 423.1.5. Llenadora .............................................................................................................................................. 423.1.6. Transporte de botellas llenas .......................................................................................................... 423.1.7. Empaquetadora ................................................................................................................................... 423.1.8. Mesa de Paletizado ............................................................................................................................ 43

3.2. Descripción del proceso .......................................................................................................................... 433.3. Descripción del equipo:........................................................................................................................... 443.4. Descripción del problema ....................................................................................................................... 493.5. Planteamiento del proyecto .................................................................................................................... 523.6. Planos eléctricos ........................................................................................................................................ 593.7. Tablero de control ..................................................................................................................................... 693.8. Resultados: .................................................................................................................................................. 743.9. Referencia al manual de operación del equipo ................................................................................. 75

Capítulo 4 Proyecto línea 2: Paletizador y Transportes............................................................................. 78de botellas y paquetes .......................................................................................................................................... 78

4.1. Descripción de los equipos que conforman la línea de producción 2 ........................................ 784.1.1. Despaletizador: ................................................................................................................................... 784.1.2. Posicionadora de botellas ................................................................................................................ 794.1.3. Vías aéreas de botellas...................................................................................................................... 794.1.4. Llenadora .............................................................................................................................................. 794.1.5. Transporte de botellas llenas .......................................................................................................... 794.1.6. Empaquetadora ................................................................................................................................... 794.1.7. Transporte de paquetes ..................................................................................................................... 80

4.2. Proyecto 2: Paletizador de línea 2 ........................................................................................................ 804.2.1. Descripción del proceso ................................................................................................................... 804.2.2. Descripción del equipo:.................................................................................................................... 814.2.3. Descripción del problema ................................................................................................................ 83

ix

4.2.4. Planteamiento del proyecto:............................................................................................................ 874.2.5. Planos eléctricos:................................................................................................................................ 994.2.6. Resultados ..........................................................................................................................................1044.2.7. Referencia al manual de operación .............................................................................................105

4.3. Proyecto 3: Transportes de botellas y paquetes línea 2 ...............................................................1084.3.1. Descripción del equipo ...................................................................................................................1084.3.2. Descripción del problema ..............................................................................................................1094.3.3. Planteamiento del proyecto ...........................................................................................................1104.3.4. Resultados: .........................................................................................................................................1184.3.5. Referencia al manual de operación .............................................................................................120

Capítulo 5 Proyecto 4- Despaletizador de línea 1 .....................................................................................1225.1. Descripción de los equipos que conforman la línea 1 ..................................................................122

5.1.1. Despaletizador: .................................................................................................................................1225.1.2. Jirafa: ...................................................................................................................................................1225.1.3. Vías aéreas: ........................................................................................................................................1235.1.4. Llenadora ............................................................................................................................................1235.1.5. Transporte de botellas llenas: .......................................................................................................1235.1.6. Empaquetadora .................................................................................................................................1235.1.7. Mesa de Paletizado ..........................................................................................................................123

5.2. Descripción del equipo:.........................................................................................................................1235.3. Descripción del problema .....................................................................................................................1325.4. Planteamiento del proyecto ..................................................................................................................1365.5. Planos eléctricos......................................................................................................................................1385.6. Tablero de control ...................................................................................................................................1505.7. Resultados: ................................................................................................................................................1545.8. Referencia al manual de operación del equipo: .............................................................................155

CONCLUSIONES..............................................................................................................................................158REFERENCIAS..................................................................................................................................................159ANEXOS ..............................................................................................................................................................160

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Organigrama de Pepsi Cola Venezuela C.A. Planta San Pedro de los Altos ........22

Figura 1.2 Depto. de Mantenimiento Pepsi Cola Venezuela C.A Planta San Pedro...............23

Figura 2.1 Panel TP177B Vista frontal y lateral ...............................................................29

Figura 2.2 Panel TP177B- Vista posterior .......................................................................30

Figura 3.1 Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas ..................................................40

Figura 3.2 Diagrama del proceso de producción de línea 4 ................................................41

Figura 3.3 Diagrama de vista frontal Carbo-Cooler ..........................................................44

Figura 3.4 Proporcionador de agua .................................................................................45

Figura 3.5 Proporcionador de jarabe ...............................................................................45

Figura 3.6 Tanque Desaireador.......................................................................................46

Figura 3.7 Tanque Saturador ..........................................................................................46

Figura 3.8 Tablero de control anterior para procedimiento CIP ..........................................47

Figura 3.9 Diagrama vista superior Carbo-Cooler.............................................................47

Figura 3.10 Bomba de agua y Bomba de mezcla del Carbo-Cooler ....................................48

Figura 3.11 Tablero eléctrico anterior del Carbo-Cooler....................................................50

Figura 3.12 Tablero de control anterior Carbo-Cooler.......................................................51

Figura 3.13 Diagrama Predosix Carbo-cooler procedimiento CIP ......................................52

Figura 3.14 Anexo A-Paso 3 Llenar desaireador, Drenar llenadora.....................................55

Figura 3.15 Anexo A-Paso 4 Enjuague del equipo ............................................................55

Figura 3.16 Anexo A-Paso 6 Aspiración del primer químico .............................................56

Figura 3.17 Anexo A-Circulación del primer químico en el equipo ....................................56

Figura 3.18 Banco de electroválvulas..............................................................................57

Figura 3.19 Válvula del Carbo-cooler .............................................................................58

Figura 3.20 Válvula de inyección de Co2 ........................................................................58

Figura 3.21 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler- Tablero de control y fuerza.................59

Figura 3.22 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Entradas digitales- Byte 0 ..................60

xi

Figura 3.23 Anexo B- Entradas digitales Carbo-Cooler - Byte 1 .......................................61

Figura 3.24 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 4 ...........................................62




Figura 3.28 Curva característica de la termo resistencia ....................................................64

Figura 3.29 Curva característica de la termocupla ............................................................65

Figura 3.30 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler..................................................65

Figura 3.31 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler..................................................66

Figura 3.32 Anexo B- Salidas Analógicas Carbo-Cooler ...................................................66

Figura 3.33 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel ....................................67

Figura 3.34 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel ....................................68

Figura 3.35 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler Relés de nivel....................................68

Figura 3.36 Diseño del Tablero de control Carbo-Cooler ..................................................69

Figura 3.37 Nuevo tablero de control Carbo-Cooler.........................................................70

Figura 3.38 Identificación de componentes en tablero de control del Carbo-Cooler..............71

Figura 3.39 Conexiones en borneras de control de tablero del Carbo-Cooler .......................72

Figura 3.40 Elementos de fuerza en tablero de control Carbo-cooler ..................................72

Figura 3.41 Relés de nivel correspondientes a las sondas de los tanques del Carbo-

Cooler.................................................................................................................73

Figura 3.42 Panel Siemens TP177B Carbo-Cooler ...........................................................73

Figura 3.43 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de parada.......................75

Figura 3.44 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de arranque....................76

Figura 3.45 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Identificación de los

componentes del sistema .......................................................................................76

Figura 3.46 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del procedimiento

de producción ......................................................................................................77

Figura 3.47 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del procedimiento

CIP .....................................................................................................................77

Figura 4.1 Diagrama del proceso de producción de línea 2 ................................................78

Figura 4.2 Referencias en cuanto a velocidad de los equipos de línea 2...............................80

Figura 4.3 Paletizador de línea 2.....................................................................................81

Figura 4.4 Brazo empujador de paquetes .........................................................................82

xii

Figura 4.5 Brazo de Robokombi .....................................................................................83

Figura 4.6 Proceso de paletizado cronometrado................................................................84

Figura 4.7 Paso 2 ..........................................................................................................85

Figura 4.8 Paso 3 ..........................................................................................................85

Figura 4.9 Paso 4 ..........................................................................................................86

Figura 4.10 Paso 5 ........................................................................................................86

Figura 4.11 Robot araña antes de las modificaciones ........................................................88

Figura 4.12 Robot araña- Elementos a desincorporar ........................................................88

Figura 4.13 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas ...............................89

Figura 4.14 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas ...............................90

Figura 4.15 Robot araña después de las modificaciones ....................................................90

Figura 4.16 Dosificador de paletas vista posterior ............................................................91

Figura 4.17 Dosificador de paletas vista frontal................................................................92

Figura 4.18 Diagrama de ubicación de sensores ya existentes del dosificador de paletas .......93

Figura 4.19 Sensores indicadores de nivel del elevador de paletas ......................................94

Figura 4.20 Sensor magnético gancho abierto dosificador de paletas ..................................94

Figura 4.21 Ubicación de sensores incorporados en el dosificador de paletas ......................95

Figura 4.22 Sensor presencia de paleta en transporte 2......................................................96

Figura 4.23 Sensor transporte 2 arriba .............................................................................96

Figura 4.24 Sensor presencia de paleta en transporte 1......................................................97

Figura 4.25 Sensor mínimo 3 paletas en transporte 1 ........................................................97

Figura 4.26 Sensor de máximo nivel de paletas en transporte 1 ..........................................98

Figura 4.27 Nodos de entradas y salidas del dosificador de paletas.....................................98

Figura 4.28 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor elevador de paletas......99

Figura 4.29 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte cadena 1 ...100

Figura 4.30 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte cadena 2 ...100

Figura 4.31 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Sensores Dosificador de

paletas...............................................................................................................101


paletas...............................................................................................................101


paletas...............................................................................................................102

Figura 4.34 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Salidas Dosificador de

xiii

paletas...............................................................................................................102

Figura 4.35 Panel secundario de operación anterior ........................................................103

Figura 4.36 Panel secundario de operación instalado ......................................................103

Figura 4.37 Panel principal paletizador línea 2 instalado .................................................104

Figura 4.38 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones manuales

del Robokombi...................................................................................................106

Figura 4.39 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones manuales

del Robokombi...................................................................................................106

Figura 4.40 Anexo E-Manual de operación Paletizador línea 2- Funciones manuales

Dosificador de paletas.........................................................................................107


Dosificador de paletas.........................................................................................107

Figura 4.42 Diagrama de las líneas transportadoras de envases y paquetes de línea 2 .........108

Figura 4.43 Diagrama Transportes de paquetes de línea 2 ...............................................111

Figura 4.44 Transportes de paquetes de línea 2 ..............................................................111

Figura 4.45 Sensor detector de paquetes transporte 2201.................................................112

Figura 4.46 Programa Step 7 Referencia de salida del motor ...........................................114

Figura 4.47 Transportes de botellas de línea 2................................................................115

Figura 4.48 Transportes de botellas de línea 2 ................................................................115

Figura 4.49 Sensor de acumulación de botellas en transportes de línea 2...........................116

Figura 4.50 Programa Step 7 Condición velocidad baja motor 1301 .................................117

Figura 4.51 Programa Step 7 Condición velocidad media motor 1301 ..............................117

Figura 4.52 Programa Step 7 Condición velocidad alta motor 1301 ..................................118

Figura 4.53 Panel de control líneas transportadoras ........................................................120

Figura 4.54 Anexo E-Manual de operación transportes de línea 2- Menú principal ...........120

Figura 4.55 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de entrada ..121

Figura 4.56 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de entrada ..121

Figura 5.1 Diagrama del proceso de producción de línea 1 ..............................................122

Figura 5.2 Despaletizador de línea 1 .............................................................................124

Figura 5.3 Despaletizador de línea 1- Transportes de entrada...........................................125

Figura 5.4 Despaletizador de línea 1- Salida de botellas ..................................................125

Figura 5.5 Despaletizador de línea 1- Carro barredor de camada ......................................126

Figura 5.6 Despaletizador de línea 1- Mallas transportadoras de botellas ..........................126

xiv

Figura 5.7 Despaletizador de línea 1- Enfilador de botellas .............................................127

Figura 5.8 Transporte en descenso o Jirafa ....................................................................127

Figura 5.9 Despaletizador de línea 1- Arrumador de paletas ............................................128

Figura 5.10 Anexo G-Procedimiento de funcionamiento de despaletizador de línea 1-

Paso 1 ...............................................................................................................128


Paso 2 ...............................................................................................................129


Paso 3 ...............................................................................................................129


Paso 4 ...............................................................................................................129


Paso 5 ...............................................................................................................130


Paso 5 ...............................................................................................................130


Paso 6 ...............................................................................................................130


Paso 7 ...............................................................................................................131


Paso 8 ...............................................................................................................131

Figura 5.19 Anexo G-Procedimiento de despaletizador de línea 1- Paso 9.........................131

Figura 5.20 Tablero eléctrico anterior Despaletizador de línea 1 ......................................133

Figura 5.21 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1 ....................................133



Figura 5.24 Panel Allen Bradlley..................................................................................135

Figura 5.25 Cableado del equipo antes de las modificaciones ..........................................135

Figura 5.26 Cableado del equipo antes de las modificaciones ..........................................136

Figura 5.27 Sensor detector de paleta con producto en transporte 1 ..................................137

Figura 5.28 Sensores de puerta abierta/cerrada...............................................................137

Figura 5.29 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Tablero de control y

fuerza................................................................................................................139

xv

Figura 5.30 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte 1 .....140



Figura 5.33 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 1 y

Motor soplador 2................................................................................................142

Figura 5.34 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 3 y

Motor brazo agitador ..........................................................................................142

Figura 5.35 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor enfilador

curva y Motor Malla Larga..................................................................................143

Figura 5.36 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Malla Corta y

Motor Barredor ..................................................................................................143


transporte y Motor Transporte 4...........................................................................144

Figura 5.38 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Jirafa y Motor

Elevador............................................................................................................144

Figura 5.39 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales ......145






Figura 5.45 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales.........148




Figura 5.49 Diseño de tablero del Despaletizador de línea 1 ............................................151

Figura 5.50 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1 ..................................................152

Figura 5.51 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes.............................152

Figura 5.52 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes.............................153

Figura 5.53 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Bornera de conexiones ...............153

Figura 5.54 Panel TP177B en Despaletizador de línea 1 instalado ....................................154

Figura 5.55 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Menú Principal .......156

Figura 5.56 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Funciones

xvi

manuales ...........................................................................................................156

Figura 5.57 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Cambio de formato..157

Figura 5.58 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Secuencia ...............157

xvii

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

AC: Corriente alterna

Hz: Hertz

DC: Corriente directa

PLC: Controlador Lógico Programable

CPU: Unidad Central de Procesamiento

IEC: Comisión Electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Comission)

I/Os: Entradas y Salidas (In and Out´s)

Bar: Unidad de presión

Bit: Digito Binario (Binary Digit)

CIP: Clean In Place

CO2: Dióxido de carbono

Ohms: Ohmnios

Vac: Voltaje alterno

Vdc: Voltaje directo

INTRODUCCIÓN

Los proyectos realizados durante la pasantía surgen del esfuerzo de Empresas Polar por

mejorar sus procesos productivos. La planta Minalba en particular tiene un funcionamiento

continuo, el cual únicamente se detiene un día por semana. Es por esto que resulta crítico que las

líneas funcionen de manera adecuada para evitar fallas que perjudiquen el cumplimiento de los

objetivos de producción. Se plantearon entonces proyectos en los equipos de envasado, que

permitieran introducir actualizaciones en los automatismos de forma tal de incrementar la vida

útil de los equipos, además de optimizar el funcionamiento de los equipos.

En consecuencia, se procura remplazar los elementos obsoletos por tecnologías que permitan

un funcionamiento más confiable. Cada proyecto de automatización realizado durante la pasantía

se describirá en este informe de manera individual, a saber:

1. Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de línea 4,

2. Despaletizador de línea 1,

3. Transporte de envases y paquetes de línea 2 ,

4. Paletizador de línea 2

Como plataforma básica se utilizó en cada caso el PLC Siemens S7 300, el cual permite la

comunicación y el control de los diferentes elementos del sistema. Además se realizó la

instalación de paneles Siemens TP177B para visualizar e interactuar con las funciones de

operación (Interfaz Hombre/Máquina).

Considerando que cualquier intervención en el proceso implica la parada de toda la línea de

producción, la ejecución o puesta en marcha de los proyectos se debió ejecutar durante los días

feriados de Carnavales y Semana Santa. Por lo tanto se realizó una planificación previa lo más

completa posible que permitiera iniciar, desarrollar y culminar los proyectos sin sobrepasarse del

19

tiempo estipulado, intentando evitar retrasos indeseados.

El primer proyecto se realizó para una máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de la

línea 4, a partir de la necesidad de realizar una migración del control basado en relés elector-

mecánicos.

Los proyectos 2 y 3 se realizaron en equipos relacionados con la línea transportadora de

envases y con el robot paletizador de línea 2. En este caso se instaló un panel TP177B, y se

programó una lógica de modulación de velocidades de transporte, que permitiese disminuir el

número de botellas caídas, y una mejor acumulación de los paquetes. En el paletizador se ejecutó

una alteración importante, incorporando un equipo de dosificación de paletas.

El cuarto proyecto se realizó en el despaletizador de línea 1, el cual se encarga de tomar las

paletas con botellas vacías y moverlas hacia las vías transportadoras para ser enviadas a la

llenadora. Se realizó la migración de un PLC Allen Bradley por un Siemens S7. Además se

reconstruyó el tablero eléctrico migrando todos los elementos del mismo y se sustituyó el panel

Allen Bradley por un Siemens TP177B.

Además como objetivos de la pasantía se realizó una estandarización de los manuales de

operación, esquemas eléctricos y códigos de las actualizaciones instaladas, con un previo trabajo

de diseño y planificación de las modificaciones realizadas en los equipos de envasado, de forma

tal de estar en capacidad de culminar los proyectos de automatización dentro del tiempo

estipulado.

El presente informe está estructurado de la siguiente manera: en el capítulo 1 se describe en

líneas generales la empresa en donde se realizaron los proyectos, junto con una explicación del

departamento en donde se desarrolló el trabajo. En el capítulo 2 se presentan algunos elementos

teóricos que ayudan a comprender los aspectos más relevantes del trabajo. En los capítulos 3,4 y

5 se describen de manera detallada cada uno de los proyectos de automatización mencionados

previamente. Finalmente, se presentan una sección con las conclusiones que pueden formularse

con respecto al desarrollo de la pasantía.

20

CAPÍTULO 1

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

Empresas Polar es una corporación dedicada al mercado de bebidas y alimentos, cuenta con

cuatro empresas principales ubicados en diferentes zonas del país. Las empresas que conforman

todo el conjunto de Empresas Polar son Cervecería Polar, dedicada al negocio de cerveza y vinos,

Pepsi Cola Venezuela, encargada de la parte de bebidas carbonatadas y no carbonatadas,

Alimentos Polar, dedicada al negocio de alimentos y por último la Fundación Polar, que

representa el brazo social del conjunto de Empresas Polar.[8]

Empresas Polar cuenta ya con 70 años de historia en el mercado nacional, representando sin

duda alguna la empresa líder en el mercado de bebidas y alimentos; cuenta con un total de 30

plantas a nivel nacional que se reparten estratégicamente por todo el territorio nacional,

caracterizadas por sus excelentes condiciones de infraestructura, operación y comercialización

siempre en búsqueda de alcanzar un rendimiento óptimo que permita satisfacer ampliamente las

necesidades del mercado nacional. La empresa Pepsi Cola Venezuela C.A es el encargado de la

producción de refrescos y bebidas no carbonatadas, y se encuentra en sociedad con PepsiCo

Internacional. La estructura de Pepsi Cola Venezuela está formada por 9 plantas de producción

dentro de las cuales se encuentra la Planta Minalba San Pedro, encargada de envasar la

presentación de agua de manantial marca “Minalba”, en sus presentaciones de 330ml, 600ml,

1500ml y 5000ml; además de agua saborizada “Minalba Flavor” y la presentación de agua

gasificada “Minalba Sparkling”.

21

La Planta Minalba de Pepsi Cola Venezuela se encuentra ubicada en San Pedro de los Altos,

estado Miranda. La fuente del Agua Mineral Minalba está constituida por manantiales ubicados

al noroeste del pueblo de San Pedro de los Altos , distribuidos en más de 113 hectáreas a una

altitud promedio de 1300 metros sobre el nivel del mar y protegidos por un área boscosa

completamente libre de contaminación, lindante con el Parque Nacional Macarao. Cabe destacar

que la planta es la única encargada de envasar agua en todo el país por parte de Pepsi Cola

Venezuela C.A, desde el 1° de agosto del año 2000, que es donde Pepsi Cola Venezuela C.A., la

empresa productora y comercializadora de marcas líderes de refrescos y bebidas no carbonatadas,

acordó con MAVESA, S.A. la adquisición del negocio de Agua Mineral.

El proceso de envasado de la planta se inicia cuando el agua es transportada por tuberías

plásticas desde los manantiales hasta la planta, en donde se realiza un proceso de filtrado, mas no

se realiza transformación química alguna, por lo tanto el agua llega a la planta conservando sus

características físico-químicas intactas. Actualmente la planta posee 4 líneas de producción

dotadas de los equipos adecuados para realizar un proceso de envasado optimo del agua que a su

vez este en la capacidad de satisfacer la demanda de producción.

1.1. Misión de la empresa [8]

Satisfacer las necesidades de consumidores, clientes, compañías, vendedores, concesionarios,

distribuidores, accionistas, trabajadores y suplidores, a través de nuestros productos y de la

gestión de nuestros negocios, garantizando los más altos estándares de calidad, eficiencia y

competitividad, con la mejor relación precio/valor, alta rentabilidad y crecimiento sostenido,

contribuyendo con el mejoramiento de la calidad de vida de la comunidad y el desarrollo del país.

1.2. Visión de la empresa [8]

Seremos la planta líder de la planta líder en el envasado de agua mineral, ofreciendo productos

de altísima calidad con operaciones de comprobada eficiencia y ejemplo de orden y limpieza.

Promoveremos la generación y difusión de los conocimientos en las áreas comerciales,

tecnológicas, gerenciales y ambientales, con gente comprometida con los valores de la

organización, garantizando igual oportunidad para su crecimiento y desarrollo.

1.3. Estructura organizativa

La empresa Pepsi Cola Venezuela C.A. posee una estructura de forma piramidal lineal. Donde

cada departamento posee un nivel jerárquico dentro del organigrama. A su vez cada

departamento tiene su estructura organizativa en la cual se conserva la misma forma piramidal

22

lineal. En la figura 1.1, se muestra el organigrama principal de la Planta por niveles, en donde se

refleja el departamento de mantenimiento, dentro del cual se realizaron las pasantías laborales.

Figura 1.1 Organigrama de Pepsi Cola Venezuela C.A. Planta San Pedro de los Altos

1.4. Área de trabajo

El Departamento de Mantenimiento se encarga de dirigir, planificar, coordinar y controlar las

actividades encaminadas a garantizar el mantenimiento de los equipos, instalaciones de planta y

almacenes externos. La finalidad es la de mantener la operatividad de la planta en óptimas

condiciones y reducir al mínimo el tiempo improductivo debido a paradas no previstas para

realizar reparaciones no programadas. También deben velar por disminuir los niveles de riesgo y

accidentabilidad.

La responsabilidad de este departamento es sumamente alta debido a los altos niveles de

demanda de producción que existen en la empresa, la cual produce 6 de los 7 días de la semana

en horario completo. Cualquier inconveniente presentado en los equipos puede ser altamente

crítico en términos de producción. En la figura 1.2, se muestra la representación gráfica de la

estructura del departamento de Mantenimiento.

23

Figura 1.2 Depto. de Mantenimiento Pepsi Cola Venezuela C.A Planta San Pedro

Dentro de la estructura presentada puede hacerse referencia a una división que incluye una

parte eléctrica y una mecánica. La pasantía se desarrolló en el área de mantenimiento eléctrico,

realizando en conjunto con el personal de la planta un conjunto de proyectos de automatización

para mejorar el proceso productivo e incrementar la vida útil de los equipos involucrados en las

líneas de producción.

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A continuación se presentan algunos elementos teóricos relevantes en la descripción de los

proyectos de automatización realizados, que sirven como apoyo para entender el trabajo realizado

en cada proyecto. La información de este capítulo fue tomada de las referencias [1], [3], [6] y [7].

2.1. Equipos de potencia

Los tableros eléctricos de los equipos involucrados en los proyectos de

automatización presentan elementos comunes, en los cuales es importante resaltar la

función de cada uno de ellos.

2.1.1. Contactor

Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación

con la capacidad de ser accionado a distancia que tiene dos posiciones de funcionamiento: una

estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra

inestable, cuando es energizado y realiza el accionamiento mecánico de conmutación.

2.1.2. Relé:

Es un dispositivo electromecánico que 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.

2.1.3. Guardamotor o interruptor termo magnético

Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta

sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos

por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (Efecto Joule).

El dispositivo consta por lo tanto de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica,

conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga

25

2.1.4. Variadores de frecuencia:

Un convertidor o variador de frecuencia es un controlador de motor electrónico que convierte

la entrada de la red de AC en una salida de forma de onda de AC variable. La frecuencia y la

tensión de salida se regulan para controlar la velocidad o el par del motor. El convertidor de

frecuencia puede variar la velocidad del motor en respuesta a la realimentación del sistema, por

ejemplo los sensores de una cinta transportadora. El convertidor de frecuencia también puede

regular el motor respondiendo a comandos remotos de controladores externos.

Además el convertidor de frecuencia supervisa el estado del motor y del sistema, emite

advertencias o alarmas por fallos, arranca y detiene el motor, optimiza la eficiencia energética y

ofrece muchas más funciones de control, monitorización y eficacia. Un sistema de control

externo o red de comunicación en serie tiene acceso a las funciones de funcionamiento y

monitorización bajo la forma de indicaciones de estado.

2.1.5. Componentes internos del convertidor de frecuencia

Entrada de red: Fuente de alimentación de la red de AC trifásica al convertidor de

frecuencia.

Rectificador: El puente rectificador convierte la entrada de Corriente alterna en Corriente

Continua para suministrar potencia al inversor.

Bus de CC: Es el encargado de tratar la corriente continua.

Reactores de CC: - Filtran la tensión de circuito de CC intermedio.

Comprueban la protección transitoria de la línea.

-Reducen la corriente RMS

-Aumentan el factor de potencia que reflejan en la línea

-Reducen los armónicos en la entrada de CA.

Banco de condensadores: -Almacena la potencia de CC.

-Proporciona protección ininterrumpida para pérdidas de potencia cortas.

Inversor: Convierte la CC en una forma de onda de CA PWM controlada para una salida

variable controlada al motor.

Salida al motor: Regula la potencia de salida trifásica al motor.

26

Control de freno mecánico del variador de frecuencia: En las aplicaciones de

elevación/descenso, es necesario poder controlar un freno electromecánico. Si el convertidor de

frecuencia se encuentra en modo de alarma o en una situación de sobretensión el freno mecánico

actúa inmediatamente. En el movimiento vertical, el punto clave es que la carga debe estar

sujetada, detenida, controlada (alzada, bajada) de un modo perfectamente seguro durante todo el

proceso.

2.2. Equipos de control e instrumentación

Para controlar y ejecutar todas las funciones de cada equipo, se utilizan una serie de

equipos de control e instrumentación que permitieron ejecutar las actualizaciones

planteadas en cada proyecto.

2.2.1. Controlador lógico programable (PLC):

Son dispositivos electrónicos programables utilizados principalmente para la automatización a

nivel industrial, diseñado para prestar la máxima confianza y máximo rendimiento en los

ambientes industriales. Estos dispositivos fueron creados a finales de la década de 1960 cuando

se buscaban nuevas tecnologías electrónicas más eficientes para remplazar los sistemas de control

basados en circuitos con interruptores, relés y contactores. Los PLCs se pueden definir como un

sistema basado en un microprocesador en donde sus partes principales son la Unidad Central de

Proceso (CPU), la Memoria y el sistema de entradas y salidas (E/S). El CPU se encarga de todo

el control interno y externo del PLC, así como de la interpretación de las instrucciones del

programa. En base a las instrucciones almacenadas en la memoria y en los datos que lee de las

entradas, genera las señales de las salidas del PLC.

Los dispositivos PLC para identificar E/S tanto analógicas como digitales en sus módulos,

establecen su operación, basado en estándares utilizados mundialmente en instrumentación y

control. En el caso de las señales digitales de E/S los PLCs la definen con un valor de 24 V DC (1

lógico) o 0 V (0 lógico), tanto para detectar entradas como para generar salidas. Para las señales

analógicas de E/S se usan dos tipos de señales para detectar entradas o generar salidas. El primer

tipo es el estándar (4 mA- 20 mA) ó (0 mA-20 mA) en los cuales 0 mA ó 4 mA representan el

0% de la señal y 20 mA representa el 100 % de señal. Se utiliza intensidad de corriente en vez de

voltaje para aplicaciones que requieran ser menos sensible al ruido. El uso de 4 mA como valor

mínimo permite distinguir entre una señal que está al 0 % y un cable roto o instrumento dañado.

El segundo tipo es el estándar de voltaje (0 V - +10 V) y/o (-10 V - +10 V), los cuales generan o

27

detectan señales de voltaje en el PLC para controlar los dispositivos analógicos o adquirir las

señales de equipos de instrumentación analógicos, donde 0 V ó -10V representan el 0% de la

señal y +10 V representa el 100% de la señal.

2.2.1.1. Comunicación

En particular el S7-300 de Siemens viene dotado con 3 interfaces para trabajar en equipo o

red, ellos son: [4]:

-M.P.I. (Interface Multi Punto)

-P.P.I. (Interface Punto por Punto)

-Profibus-DP

Existen además a nivel industrial otras redes tales como la Profibus-FMS, Industrial Ethernet,

etc.

Interface punto por punto (P.P.I)

Esta interface permite la comunicación de nuestro dispositivo con otros tales como módems,

scanner, impresoras, etc., situados a una cierta distancia del PLC. En la parte frontal del módulo

de la CPU posee fichas DB 9 o DB 25 para la comunicación serial vía RS 232 y RS 485.

La conexión Punto a Punto puede ser establecida económicamente y convenientemente por

medio del procesador de comunicaciones CP 340. Hay varios protocolos disponibles por debajo

de las tres interfaces de conexión:

20 mA (TTY)

RS 232 C/V.24

RS 422 / RS485

Los siguientes dispositivos pueden ser conectados:

Controladores programables SIMATIC S7 y SIMATIC S5

Impresoras

Robots controladores

28

Módems

Scanners, lectores de códigos de barras, etc.

Interface Multipunto (M.P.I.)

Todas las CPU s (312, 313, 314, 315 y 315 -2DP) lo incorporan desde fábrica. Con éste

puerto se puede comunicar fácilmente a distancias reducidas sin requerir módulos adicionales,

por ejemplo hacia equipos de M+V (manejo + visualización), unidades de programación y otros

autómatas S7-300 o S7- 400 para probar programas o consultar valores de estado.

Se pueden enviar datos a 4 distintos aparatos al mismo tiempo y utilizando siempre el mismo

puerto a una velocidad de 187,5 Kbits / seg o 187,5 Kbaudios. Para pequeñas redes de

comunicación o pequeños volúmenes de datos la CPU ofrece el servicio de Datos Globales, que

permite intercambiar cíclicamente cantidades de datos en paquetes de hasta 22 bytes como

máximo.

Distancia máxima entre dos estaciones o nudos de red de MPI adyacentes: 50 metros (sin

repetidores); 1100 metros (con dos repetidores); 9100 metros (con más de 10 repetidores en

serie); por encima de los 500 Km. (cable de fibra óptica, con módulos de conexión ópticas)

Capacidad de expansión: los componentes comprobadores de campo son usados para

configurar la comunicación de interface multipunto: cables LAN, conectores LAN y repetidores

RS485, desde el PROFIBUS y la línea de productos de entradas/salidas distribuidas.

Profibus DP

Esta interface de comunicación es usada para gran capacidad de transmisión de datos, llamada

Simatic Net o Sinec L2 de Siemens. El S7 300 mantiene una relación muy estrecha con él. Un

módulo de comunicación permite conectarlo al Sinec L2 para comunicarse con otros autómatas

Simatic y dispositivos de campo. El CPU 315 – 2DP ya lo trae integrada. De éste modo, el

autómata se adapta armoniosamente en arquitecturas descentralizadas que integran componentes

de automatización y dispositivos de campo. El PLC puede desenvolverse aquí como maestro –

esclavo, además también se dispone de los prácticos servicios de comunicación llamados Datos

Globales. Para entablar comunicación se utilizan cables LAN, conectores LAN, repetidores, etc.

Se puede decir entonces que es una red suplementaria que ofrece un gran rendimiento,

29

arquitectura abierta o descentralizada y gran robustez o confiabilidad. Existe además la gran

ventaja del Manejo + Visualización (paneles de operador, llamados Coros) que permite tanto en

ésta interface como en las otras de la búsqueda de errores a partir de cualquier dispositivo y así

por ejemplo generar una base de datos con los errores (hora y tipo) que puedan existir.

Los siguientes dispositivos pueden ser conectados como maestros:

o SIMATIC S7-300 (vía CPU 315-2DP o CP 342-5DP)

o SIMATIC S7-400 (vía CPU 41-2)

o SIMATIC S5-115U-H, S5-135U, S5-155UH, S5 95U con interface de

PROFIBUS, SIMATIC TI505

o Dispositivos programables y Pc’s con STEP7 (solo con CPU 41-2 y CPU 315-2)

o Paneles del operador (OP).

2.2.2. Panel TP177B

El TP 177B se caracteriza por un display TFT de 4,3" en formato widescreen o pantalla

ancha. Así, el panel del operador dispone de aproximadamente una superficie un 25 % mayor que

los displays comparables en formato 4:3. Además, el panel de operador dispone de cuatro teclas

de función con feedback táctil. Se caracterizan por su breve tiempo de puesta en marcha, el gran

tamaño de su memoria de trabajo y su elevado rendimiento, habiéndose optimizado para

proyectos basados en WinCC Flexible [7]. A continuación en la figura 2.1 y 2.2 se puede

observar el panel mencionado, instalado en los proyectos de automatización, con una descripción

de su estructura:

Figura 2.1 Panel TP177B Vista frontal y lateral

30

Figura 2.2 Panel TP177B- Vista posterior

También es relevante el tema de la comunicación del panel, en la tabla siguiente se muestran

los controladores Siemens utilizables, así como los correspondientes protocolos y perfiles:

Tabla 2.1 Tabla de protocolos de comunicación de los paneles TP177B y OP177B

31

2.2.3. Sensores:

Dispositivos diseñados para detectar magnitudes físicas o químicas, para transformarlas en

magnitudes eléctricas, es decir son elementos que tienen la capacidad de medir alguna señal que

pueda ser interpretada correctamente por otro dispositivo. Los sensores son tan diversos como los

principios físicos en los que se basan. En la actualidad para medir cualquier variable física

tenemos diversos tipos de sensores.

Tipos de sensores

Los sensores son tan diversos como los principios físicos en los que se basan. En la actualidad

para medir cualquier variable física tenemos diversos tipos de sensores [5].

2.2.3.1. Sensores de proximidad

Estos sensores pueden estar basados en algo simple como en la operación mecánica de un

actuador o, tan complejo como en la operación de un sensor de proximidad fotoeléctrico con

discriminación de color

2.2.3.2. Sensores inductivos

Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser

aproximado un objeto metálico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito

electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que esté conectado al mismo, de

forma digital (ON-OFF) o, analógicamente. Si el objeto metálico se aparta de la bobina, la

oscilación vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original.

Son utilizados en los proyectos de automatización realizados, actuando en presencia de alguna

estructura de tipo metálica, para indicar al PLC la señal correspondiente. En su totalidad

trabajaban con 24 Vdc.

2.2.3.3. Sensores capacitivos

El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta

frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de

inactividad hay un campo ruidoso en la región de base, que representa el área activa del sensor de

32

proximidad. Cuando un objeto aparece dentro del área activa, empiezan las oscilaciones. La etapa

de conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal continua resultante se

aplica a la etapa de salida. La etapa de conmutación incluye un sistema de señal de

retroalimentación, el nivel del cual puede ajustarse en algunos modelos, a través de un

potenciómetro; esto capacita el sensor de proximidad de variar su sensibilidad de respuesta.

Poseen una distancia máxima de accionamiento, que depende en gran medida del área de la

cabeza sensora (bobina o electrodo), por ello a mayor diámetro, mayor distancia máxima.

Además de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe también en los sensores

capacitivos un tipo con salida analógica (4-20 mA).

2.2.3.4. Sensores fotoeléctricos

Sensores que operan al detectar un cambio en la luz recibida por el fotodetector. Algunos

modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la luz solar incidente o reflejada. Para

ello emplean haces de luz modulada que únicamente pueden ser detectados por receptores

sintonizados a la frecuencia de modulación.

Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección:

a) Sensores de Transmisión Directa: Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al

otro. Tiene este método el más alto rango de detección (hasta unos 60 m).

b) Sensores Réflex o reflectivos: Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya

particularidad es que devuelve la luz en el mismo ángulo que la recibe (9 m de alcance).

c) Sensores Reflex Polarizados: Son prácticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que,

el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que la recibe mediante

un lente con polarización a 90 ° del primero. Con ésto, el control no responde a objetos muy

brillosos que pueden reflejar la señal emitida (5m de alcance).

d) Sensores de Foco Fijo: Cuando la luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado

por el hecho de que el transmisor y el receptor están estereoscópicamente acoplados, evitando

con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance).

e) Sensores de detección difusa: Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se

usan para detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance).

f) Sensores de Fibra Óptica: En este tipo, el emisor y receptor están instalados en una caja que

puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la detección emplean los cables de fibra

33

óptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja de estos sensores

es el pequeño volumen o espacio ocupado en el área de detección.

2.2.3.5. Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos utilizados se emplean como indicador de posición colocados en el

lugar donde se quiere detectar el pistón para que el PLC reciba la información correspondiente.

Existen dos tipos de sensores:

Los sensores de tipo "reed" tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo

que sirven de indicador de posición a PLCs y, además, por emplearse como indicador de posición

de los cilindros neumáticos de émbolo magnético de las marcas que tienen mayor difusión.

Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero

en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.

Los transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posición, usando

la inductancia mutua entre dos embobinados. Un núcleo magnético móvil acopla el voltaje de

excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del

secundario varía de acuerdo con la posición del núcleo.

Cuando el núcleo está en medio de los embobinados, los voltajes de ambos están 180 grados

desfasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el núcleo se

mueve hacia la escala positiva, la señal en fase con la onda de entrada crece y viceversa cuando el

núcleo se mueve hacia la escala negativa.

2.2.3.6. Encoder o Transmisor rotatorio de pulsos

Un tipo especial de sensor de proximidad es el "encoder" o codificador, ya que con él se puede

obtener la distancia exacta de proximidad.

Para la medición angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La transformación

de la codificación mecánica en una señal eléctrica proporcional se consigue por la posición del

disco utilizando sensores electromagnéticos, inductivos o acopladores ópticos. En el caso de

posicionado inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie. Con

este método, el transductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo consumo eléctrico varía de

acuerdo con el grado de interferencia de su campo magnético. Esta señal es empleada a

continuación por el equipo de control.

34

El posicionamiento óptico de un disco segmentado es el método más usual, donde la

codificación consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira, el recorrido de la

luz al sensor óptico se abre y se bloquea alternativamente, produciendo así una salida digital en

proporción con el movimiento y la posición.

2.2.3.6.1. Tipos de Encoders:

Encoders Incrementales

Los "encoders" incrementales suministran un número específico de impulsos por cada

revolución completa del eje. Esta cuenta de impulsos está determinada por el número de

divisiones o segmentos del disco de codificación. Ej. El disco de codificación consta de 360

segmentos, por lo tanto por revolución del eje, se obtendrán 360 impulsos. Es decir, un impulso

por grado angular.

Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo: canal simple, doble y triple.

El tipo de canal simple (Señal A) es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni

se tienen vibraciones. En el caso contrario, son mejores los de doble canal (Señales A y B),

también llamados de señales en cuadratura porque una señal está desfasada en 90 grados de la

otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. El tercer canal (Señal Z) es una señal de

posición que aparece una vez por revolución, y es empleado para regresar a ceros contadores en

sistemas controlados digitalmente (CNC, PLCs, etc.).Los problemas más frecuentes con los

codificadores son causados por un pobre blindaje del conductor o, por la distancia tan larga y la

frecuencia tan alta con la que trabaja el aparato. Un buen cable aterrizado únicamente en el

contador y, un codificador de señales complementarias (A, noA, B, noB y Z) resuelven en su

mayor parte estos problemas.

"Encoders" Absolutos

A diferencia de los "encoders" incrementales, los del tipo absoluto proporcionan una

combinación única de señales para cada posición física. Esto resulta una ventaja importante, ya

que no es necesario un contador para la determinación de la posición.

La combinación de señales se establece mediante un patrón de código de sectores

transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. El número de pistas de código

disponibles determina la resolución máxima del codificador en la totalidad de los 360 grados. En

35

el caso de las pistas codificadas en binario, la resolución máxima es de 2^n siendo "n" el número

de pistas. Por consiguiente, para 10 pistas, la resolución es de 2^10 = 1024.

Una característica importante de la lectura de modo paralelo es que la posición real se registra

inmediatamente cuando se conecta inicialmente la alimentación eléctrica, o después de un cambio

de posición sin potencia aplicada o si se excede del número de revoluciones por minuto

permitidas electrónicamente (desventajas del tipo incremental).

El código de Gray es el sistema de codificación más usado. Este método de codificación tiene

la ventaja de producir un cambio de código de un sólo dígito binario en el desplazamiento de una

posición a la siguiente.

Aunque se ha mencionado únicamente el funcionamiento de los "encoders" rotativos, los

lineales trabajan de la misma manera.

2.2.3.7. Sensores de presión

Los sensores de presión sofisticados funcionan a base de celdas de carga y de sus respectivos

amplificadores electrónicos, y se basan en el conocido puente de Wheastone, donde una de sus

piernas está ocupada por el sensor. Este sensor es básicamente una resistencia variable en un

sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de la mencionada

resistencia.

Los sensores comunes de presión son interruptores eléctricos movidos por una membrana o,

un tubo Bourdón. El tubo Bourdón se abre hacia afuera con el aumento de presión y este

movimiento es transmitido a un interruptor, el cual es accionado cuando la posición del tubo

corresponde con un ajuste preseleccionado.

En el caso de los interruptores de presión por diafragma, la fuerza provocada por la presión

sensada actúa sobre un resorte, el cual al ser vencido actúa sobre un micro interruptor. Es obvio

que el resorte determina el rango de presión de operación.

2.2.3.8. Sensores de nivel

Los sensores de nivel en su mayoría trabajan indirectamente sensando la posición de un

flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla ("reed") y un imán

permanente.

36

2.2.3.9. Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura más sencillos son los que actúan sobre un interruptor miniatura y

en general, éstos son de dos tipos: Sistemas de Dilatación de un fluido y Bimetálicos. Los

primeros actúan al dilatarse el líquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos

actúan directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de dos

metales diferentes. En general, se usan para interrumpir hasta corrientes de 30 Amperes en 120

volts.

Otros sensores de temperatura son los termopares, detectores de temperatura por resistencia

(RTD) y, los termistores.

2.2.3.10. Termocupla

Los termopares o termocuplas están hechos de dos alambres de metales diferentes unidos

precisamente en el punto de medición, también conocido como "unión caliente". Un pequeño

voltaje llamado Seebeck, en honor a su descubridor, aparece entre los dos alambres en función de

la temperatura de esa unión y, ese voltaje es la señal que actúa sobre el controlador de

temperatura.

Los termopares son en general de los sensores los más baratos y los más robustos, aunque para

evitar errores de materiales disímiles, los cables de extensión deben ser del mismo material del

termopar.

Existen termopares apropiados para diferentes rangos de temperatura y diferentes ambientes

industriales. Ejemplos:

TIPO ALEACIONES RANGO (°C)

J Hierro/Constantan 0 a 760

K Chromel / Alumel 0 a 1260

E Chromel / Constantan -184 a 871

T Cobre / Constantan -184 a 371

R Platino 13% / Rodio Platino 0 a 1482

37

2.2.3.11. RTD

Los RTDs son principalmente hechos de alambre de platino enrollado en una base cerámica

cubiertos de vidrio o de material cerámico. Además pueden encontrarse como película en un

sustrato.

Con la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido

Puente de Wheastone este cambio puede ser utilizado en un indicador o controlador de

temperatura.

Este tipo de sensor se fabrica también de Níquel en lugar de Platino pero son más usuales los

de este último material, en sus variantes de norma alemana o japonesa.

Es sencilla la conexión de estos elementos y su prueba, ya que a 0° C, la resistencia del RTD

de Platino es de 100 ohms y varía a razón de 0.385 ohms por grado Celsius.

2.2.3.12. Termistores.

Los termistores están fabricados de un material semiconductor que cambia su resistencia

eléctrica abruptamente en un pequeño rango de temperatura, por lo que son empleados en

sistemas de adquisición de datos y en equipos delicados. Ejemplo: Control de Temperatura de

Osciladores Electrónicos.

Su desventaja es que requieren de potencia para funcionar por lo que se calientan, y eso debe

ser compensado en el circuito de medición.

2.2.4. Electroválvulas:

Es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un

conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a

través de una bobina. Dentro de las válvulas de control se podrían distinguir dos tipos en función

del tipo de control [6]:

2.2.4.1. Válvulas ON/OFF: solo actúa en dos posiciones, abierta o cerrada.

2.2.4.2. Válvulas de control: se utiliza para el control continuo de procesos y está

continuamente modulando y buscando la posición de equilibrio requerida por el sistema.

38

2.3. Planos eléctricos

Un plano eléctrico es una representación gráfica de un circuito eléctrico, en donde se indican

los componentes que integran el circuito y se esboza la interconexión entre ellos. Es por esto que

en el proyecto de pasantía se debió realizar los planos eléctricos de los equipos intervenidos

durante los proyectos, en donde en algunos casos se realizaron únicamente modificaciones en los

mismos, y en otros se debieron realizar completamente.

Cabe destacar que la realización de los planos se llevó a cabo en base a las normas IEC-60617,

mediante un software de dibujo “AutoCAD 2012” lo cual permitió unificar todos los planos

eléctricos realizados de manera tal que fueran de fácil estudio para el personal electricista. La

tabla 2.2 muestra los símbolos correspondientes a los elementos más comunes:

Tabla 2.2 Símbolos utilizados bajo la norma IEC-60167

39

Tabla 2.3 (Continuación)

40

CAPÍTULO 3

PROYECTO 1: MÁQUINA MEZCLADORA DE BEBIDAS

CARBONATADAS DE LÍNEA 4

El primer proyecto de automatización se ejecutó en la maquina mezcladora de bebidas

carbonatadas, conocido como “Carbo-Cooler”, la cual se puede observar en la figura 3.1. A

continuación se presenta una descripción de los equipos que integran la línea de producción 4,

para luego presentar el equipo directamente involucrado en las mejoras de automatización. Se

presenta además una descripción de la problemática existente, los acciones ejecutadas durante en

la planificación y puesta en marcha de la solución y por último los resultados del proyecto de

automatización.

Figura 3.1 Máquina mezcladora de bebidas carbonatadas

41

3.1. Descripción de los equipos de la línea de producción

En la figura 3.2 se puede observar un diagrama que ilustra el proceso de producción de línea

4, con la disposición de los equipos que describiremos a continuación:

Figura 3.2 Diagrama del proceso de producción de línea 4

3.1.1. Despaletizador:

Es el equipo encargado de incorporar las botellas a la línea de producción. Está compuesto por

3 transportes que trasladan la paleta colocada por el montacargas. Los transportes van avanzando

hasta llegar a un sistema elevador ubicado en el tercer transporte que permite que se vayan

barriendo una a una las camadas de botellas para incorporarlas a la línea de producción. El

barrido lo realiza un brazo mecánico que se desplaza hacia adelante. Una vez realizado el vaciado

completo de la paleta, la misma desciende para trasladarse mediante otro sistema que acumula

las paletas vacías.

3.1.2. Posicionadora de botellas

La posicionadora cumple la función de tomar las botellas que vienen del despaletizador y

ubicarlas para que puedan ser enviadas una a una hacia las vías aéreas de botellas, es decir es el

equipo que se encarga de tomar todas las botellas totalmente desordenadas y acumuladas todas en

conjunto, para enfilarlas de forma ordenada.

42

3.1.3. Vías aéreas de botellas

Es el equipo encargado de trasladar las botellas desde la posicionadora hacia la llenadora.

Como su nombre lo indica es un transporte aéreo que por medio de unas barandas que se adaptan

según el formato o presentación a ser utilizado, sostienen la botella la cual es impulsada por

medio de unas turbinas o sopladores de aire a muy alta velocidad.

3.1.4. Transporte de botellas vacías

Es utilizado cuando la presentación elegida es la de agua gasificada, la cual tiene la

particularidad que a diferencia de las demás presentaciones está hecha de vidrio. Su traslado es

más delicado por lo cual las botellas son trasladadas por medio de bandas, diseñadas para trabajar

con las velocidades adecuadas para evitar caídas o rompimientos.

3.1.5. Llenadora

A pesar de recibir el nombre de llenadora, este equipo realiza 2 funciones adicionales: se

encarga de recibir las botellas ya sea de las vías aéreas o de los transportes para realizar un

proceso de enjuagado que permita lavar internamente la botella volteando la botella 90 grados y

disparando una cantidad de agua a gran presión dentro de cada una. Una vez realizado esto la

botella retoma su posición original y es enviada a la llenadora que es donde la botella se carga de

agua para posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica coloca las tapas en las

botellas.

3.1.6. Transporte de botellas llenas

Se encargan de trasladar las botellas envasadas desde la llenadora hacia la empaquetadora, en

donde además son codificadas. El traslado se realiza por medio de cintas transportadoras con las

mismas características que las utilizadas para el traslado de botellas vacías mencionado

anteriormente.

3.1.7. Empaquetadora

Equipo encargado de agrupar las botellas en paquetes que provienen de los transportes,

envolviendo los grupos de botellas por un plástico termoencogible y cortado a la medida

seleccionada, para posteriormente enviar los paquetes por medio de cintas transportadoras a la

mesa de paletizado.

43

3.1.8. Mesa de Paletizado

La mesa de paletizado de línea 4 tiene la característica de ser semiautomática. Un operador es

el encargado de ubicar en la paleta cada paquete que sale del transportador, contando con un

sistema elevador que le permite subir o bajar la paleta para colocar la paleta de forma ordenada y

que no genere molestias desde el punto de vista ergonómico para el operador. Una vez terminada

la paleta, el montacargas se encarga de trasladar la paleta hacia el depósito para que pueda ser

llevada por los camiones de distribución.

3.2. Descripción del proceso

El proceso de envasado se inicia cuando llegan las botellas vacías al almacén, dispuestas sobre

una paleta de madera que permite el fácil traslado por medio de montacargas.

La paleta compuesta por varias camadas de botellas vacías se coloca en el despaletizador el

cual las incorpora a la línea de producción. La línea presenta la versatilidad para enviar las

botellas del despaletizador hacia la posicionadora o por el contrario directamente mediante un

transporte de botellas hacia la llenadora.

La línea 4 de la planta Minalba de San Pedro de los altos está en capacidad de envasar la

presentación de agua de 600ml, la presentación de agua saborizada “Flavor” en sus 3 sabores y

además la presentación “Minalba Sparkling” o agua gasificada. La multifuncionalidad de la línea

se debe a que en base a la presentación, el despaletizador tiene como salida de botellas 2 tramos

distintos hasta llegar a la llenadora.

En caso de que la presentación utilizada sea Minalba 600 ml o Minalba Flavor, las botellas

que salen del despaletizador son enviadas a la posicionadora de botellas, la cual se encarga que

posteriormente las manda por los sopladores (Turbinas de las vías aéreas) hacia la llenadora. Para

el caso de “Minalba Sparkling” la salida del despaletizador se conecta con los transportadores de

botellas, debido a que dicha presentación es colocada en envases de vidrio y por lo tanto su

traslado es más delicado.

Una vez en la llenadora el proceso coincide para todas las presentaciones: las botellas llenas

son enviadas y codificadas por medio de los transportes donde posteriormente son empaquetados

en grupos de 24 botellas para luego ser enviados a la mesa de paletizado donde culmina el

proceso.

44

Para la presentación de agua ligeramente gasificada “Minalba Sparkling” el proceso de

carbonatación del agua es realizado por un mezclador de bebidas carbonatadas y es precisamente

en este equipo donde se realizó el primer proyecto de automatización.

3.3. Descripción del equipo:

El equipo está compuesto por 2 tanques principales: Saturador y Desaireador, además presenta

2 tanques de menor tamaño conocidos como Vaso de agua y Vaso de jarabe. Además posee 2

bombas: la bomba de agua y la bomba de mezcla. Por último el sistema posee una serie de

electroválvulas digitales que se utilizan para controlar los procesos de producción del equipo. En

la figura 3.3 se puede observar la disposición de cada uno de los elementos mencionados.

Figura 3.3 Diagrama de vista frontal Carbo-Cooler

A continuación se describe la función de cada uno de los tanques principales señalados en la

figura 3.3:

1) Vaso de agua (figura 3.4) : El vaso de agua recibe el agua enviada desde el desaireador, para

realizar una hipotética mezcla con el vaso de jarabe, sin embargo para el caso de la presentación

¨Minalba Sparkling¨ únicamente se utiliza agua, por lo tanto el agua es enviada hacia el saturador.

45

Figura 3.4 Proporcionador de agua

2) Vaso de jarabe (figura 3.5). El vaso de jarabe es el encargado de almacenar el concentrado

que va a dar el sabor a la bebida carbonatada, sin embargo para el caso de la presentación

¨Minalba Sparkling¨ únicamente se llena con agua.

Figura 3.5 Proporcionador de jarabe

3- Desaireador(figura 3.6): Tanque que almacena toda el agua que entra al equipo, que viene

directamente de la tubería de agua de manantial, posee un indicador de mínimo nivel a través de

una sonda eléctrica, además un sistema de control manual que permite descargar el tanque

cuando sobrepasa un determinado nivel

46

Figura 3.6 Tanque Desaireador

4) Saturador (figura 3.7): Es el tanque donde se realiza la mezcla entre el CO2 y el agua, posee

sondas de nivel mínimo y máximo, una válvula de inyección de CO2, una válvula de descarga de

sobre presión y una válvula de drenaje.

Figura 3.7 Tanque Saturador

5) Tablero de control para procedimiento “Clean in Place” (CIP) (figura 3.8): En la zona indicada

se encontraba el tablero de control para realizar el procedimiento de limpieza del equipo, donde a

pesar de poder observar el tiempo y válvulas involucradas en cada paso, tenía la desventaja de

que en caso de algún inconveniente, el proceso únicamente podía ser iniciado desde el primer

47

paso; generando enormes inconvenientes traducidos en pérdidas de tiempo durante la ejecución

del CIP.

Figura 3.8 Tablero de control anterior para procedimiento CIP

A continuación se presenta una vista superior de los elementos antes mencionados en la figura

3.9, donde el tanque de mayor magnitud es el saturador, y en el otro plano se observa el

desaireador junto a los vasos de agua y de mezcla. También se pueden observar las bombas antes

mencionadas la bomba de agua y la de mezcla.

Figura 3.9 Diagrama vista superior Carbo-Cooler

Entonces el sistema consta de dos bombas que se encargan de suministrar la presión necesaria

para realizar la distribución del agua por todo el equipo, las cuales se describen individualmente a

continuación y se pueden observar en la figura 3.10.

6) Bomba de agua: La bomba de agua se encarga de suministrar la presión necesaria para enviar

48

el líquido desde el desaireador hacia los vasos

7) Bomba de mezcla: La bomba de mezcla se encarga de enviar el agua hacia el saturador.

Figura 3.10 Bomba de agua y Bomba de mezcla del Carbo-Cooler

En base a los componentes principales del equipo explicados anteriormente se puede describir

el proceso de la siguiente manera:

El Desaireador almacena toda el agua que entra al equipo, que viene directamente de la

tubería de agua de manantial. Posee un indicador de mínimo nivel a través de una sonda eléctrica,

además un sistema de control manual que permite descargar el tanque cuando sobrepasa un

determinado nivel. También posee una electroválvula que permite descargar todo el contenido del

tanque en caso de así requerirlo. La salida del mismo es enviada al vaso de agua, con la presión

entregada por la bomba de agua antes mencionada.

El vaso de agua y en vaso de jarabe son los encargados de realizar la mezcla que permita

añadirle el sabor requerido para una bebida carbonatada determinada. Sin embargo en vista que la

Planta San Pedro de los Altos no es productora de refrescos el equipo está programado

únicamente para realizar agua gasificada. Los vasos también poseen una electroválvula que

permite drenarlos en caso de ser necesario, y poseen sondas indicadoras de nivel mínimo y

máximo cada uno. La salida de los vasos es enviada a un intercambiador de calor que permite

bajar la temperatura del agua para que posteriormente pueda ser enviada a través de la bomba de

49

mezcla hacia el saturador, que es donde se realiza la inyección de CO2 que permite la

carbonatación del agua.

El saturador es por tanto el tanque donde se realiza la mezcla entre el CO2 y el agua, posee

sondas de nivel mínimo y máximo, una válvula de inyección de CO2, una válvula de descarga de

sobre presión y una válvula de drenaje.

El Carbo-Cooler posee dos procesos fundamentales: el primero es el proceso de producción,

el cual es el encargado de realizar la carbonatación del agua en la forma como se mencionó

anteriormente, el segundo es el procedimiento de limpieza o proceso CIP, que es el encargado de

realizar la limpieza del equipo y representa el proceso más complejo debido a que involucra la

acción conjunta de todas las electroválvulas del equipo, con un total de 57 pasos con un tiempo

aproximado total de 2 horas 30 minutos.

3.4. Descripción del problema

La máquina mezcladora de bebidas carbonatadas de línea 4 es la encargada de producir la

bebida comercial “Minalba Sparkling”, la cual es una bebida realizada con agua mineral

ligeramente gasificada 100% pura de manantial, por lo tanto la máquina en cuestión es la

encargada de realizar el proceso de inyección del gas que permite la ligera carbonatación presente

en dicha bebida. La máquina mezcladora de bebidas carbonatadas mejor conocida como Carbo-

Cooler es un equipo realizado por la empresa Sasib Beverage S.p.a en Parma Italia con el

nombre de Predosix+CIP.

Originalmente el equipo es capaz de producir cualquier tipo de bebida carbonatada sin

embargo actualmente en la Planta San Pedro de los Altos únicamente se encarga de realizar la

presentación de agua gasificada. El origen del equipo data del año 1997 y es comprensible que

por tanto su sistema de control sea bastante obsoleto y además de operación bastante compleja.

El tablero eléctrico consistía en una combinación de materiales sumamente complicada de

analizar debido a su gran cantidad de componentes que dificultaban enormemente la detección de

fallas por parte del cuerpo de electricistas de la planta. En vista de los avances en materia de

tecnología y automatización industrial, el control del equipo se encontraba completamente

obsoleto y se planteó la necesidad de reestructurar todo el control mediante la instalación de un

PLC Siemens S7 y un panel Siemens TP177B. Además se propuso remplazar todos los

elementos eléctricos del tablero, planteando un diseño acorde con las bondades del nuevo PLC

50

instalado.

Estudiando el esquema eléctrico anterior del equipo se puede entender la necesidad de la

migración del panel de control, de forma tal de incrementar la vida útil del equipo y además

simplificar su diseño de control. En la figura 3.11 se puede observar el tablero de control

existente, donde se tienen un total de 209 elementos eléctricos contabilizados por la lista de

materiales presentados en el esquema eléctrico anterior, lo cual indica claramente la necesidad

de actualización que poseía el equipo.

Figura 3.11 Tablero eléctrico anterior del Carbo-Cooler

Por otra parte, la operación del equipo también presentaba dificultades debido a su alto

grado de complejidad. Por tanto también debía ser mejorada en procura de facilitar el trabajo del

personal operador del equipo. En la figura 3.8 se observa el tablero de control del operador para

el procedimiento CIP. El operador debía seleccionar el programa correspondiente al

procedimiento de limpieza y seleccionaba la opción “START”. Entonces se iniciaban los pasos

de limpieza y se comprobaban las electroválvulas activadas mediante LEDs dispuestos en dicho

tablero que identificaban cada electroválvula por medio de una nomenclatura numérica.

51

Al arrancar el procedimiento se podía observar en el tablero las electroválvulas involucradas

en cada uno de los pasos, sin embargo el proceso presentaba una deficiencia bastante importante

debido a que no podía ser iniciado desde un paso específico por lo tanto en los pasos en donde no

se cumplieron las condiciones debidas se debía reiniciar el proceso desde el paso 1, ocasionando

retrasos y representando además una labor sumamente engorrosa para el personal operador.

El equipo también poseía un tablero bastante obsoleto que permitía manipular la activación y

desactivación de los elementos del Carbo-Cooler por medio de selectores y pulsadores, además

de indicadores de visualización de niveles de los tanques, temperatura y presión. Los niveles de

los tanques se indicaban por medio de unos bombillos, que encendían en el momento en que el

tanque detectara nivel, los cuales eran ineficientes, debido a que en muchos casos los mismos se

dañaban o se quemaban y no se podía conocer los niveles de los tanques, además de estar

constantemente cambiando o revisando el correcto funcionamiento de cada bombillo. A

continuación en la figura 3.12 se puede observar el tablero antes mencionado:

Figura 3.12 Tablero de control anterior Carbo-Cooler

52

La operación del equipo requería de un alto nivel de entrenamiento por parte del personal

operador, lo cual retrasaba en varias oportunidades la producción del mismo debido a que el

personal con mayor experiencia se reducía a pocos operadores. Por lo tanto se debía buscar la

forma de simplificar la operación, además de instruir al personal de la planta para que se

familiarizaran con el equipo, sin que esto representara una labor tediosa que tenían como

referencia del control anterior del equipo.

3.5. Planteamiento del proyecto

El objetivo principal consiste en actualizar el sistema de control para facilitar la operación y

detección de fallas. Se debe considerar para la realización del proyecto, tanto el procedimiento de

limpieza como el de producción.

Ciclo de trabajo CIP

El procedimiento de limpieza CIP incluye un total de 57 pasos que incluyen la circulación de

dos químicos que permiten sanear completamente el equipo. Cada uno de estos pasos involucra la

activación de electroválvulas que permitieran realizar el procedimiento adecuadamente. En la

figura 3.13 se presenta un diagrama que ilustra la disposición los elementos involucrados en el

procedimiento CIP.

Figura 3.13 Diagrama Predosix Carbo-cooler procedimiento CIP

53

A pesar de ser un total de 57 pasos muchos de ellos se repiten en varias ocasiones a lo largo de

la limpieza. Se elaboró una lista que contiene toda la información relevante, es decir las

electroválvulas involucradas, el tiempo que dura el paso y una breve descripción de la función del

mismo. Esta información se debió validar para que en el momento de realizar la migración del

control se pudiera contar con información confiable para programar el procedimiento de manera

documentada. Por lo tanto se midió el tiempo de cada paso y se obtuvo la tabla 3.1 presentada a

continuación:

Tabla 3.1 Procedimiento CIP de línea 4

54

Se incluyen en esta tabla el número del paso, las válvulas que se activan en el mismo, la

duración en segundos y la descripción del paso, sirviendo de ayuda visual que permitiera

comprobar el correcto funcionamiento del CIP para el caso de los operadores, y además detectar

de forma más eficiente y rápida cualquier inconveniente con la ejecución de un paso. Esta

información fue utilizada para realizar la programación secuencial de los pasos en el nuevo

sistema de control.

En términos generales el procedimiento de limpieza CIP se puede describir mediante las

siguientes funciones generales involucradas:

Enjuague inicial: En principio se realiza un enjuague del equipo con agua, la cual entra hacia

el desaireador y es enviada por todo el equipo, mediante la activación de las bombas. El tiempo

aproximado del enjuague inicial es de 4 minutos.

Contacto con primer químico: Una vez realizado el enjuague inicial se realiza la aspiración

del primer químico, que una vez que se encuentra dentro del equipo es circulado por el mismo

incluyendo por la llenadora, de forma tal que el químico esté en contacto con todos los elementos

del equipo durante el tiempo estipulado por normas sanitarias. Una vez que el químico circuló

durante 30 minutos es drenado por la llenadora.

Enjuagar el equipo: Posterior al contacto del equipo con el primer químico, se realiza el

mismo procedimiento de enjuague realizado al inicio del proceso de limpieza, sin embargo el

mismo ciclo se repite en 6 ocasiones para un tiempo aproximado total de 25 minutos en donde se

enjuaga y se drena constantemente el equipo para remover completamente el químico utilizado.

Contacto de segundo químico: Posterior al ciclo de enjuague y drenaje del equipo para

remover el primer químico se procede a la aspiración del segundo químico, para posteriormente

circularlo durante 30 minutos y por último drenarlo a través de la llenadora.

Enjuague final: Para remover completamente el químico se realiza un enjuague del equipo

con agua, similar a los realizados anteriormente, entrando agua al equipo y drenándola

constantemente para sanear completamente cada elemento.

Al realizar todo el levantamiento de la información del procedimiento CIP se elaboró una

presentación que permite visualizar la activación de las válvulas en cada uno de los pasos (Anexo

A) de forma tal que permitiera asimilar de mejor manera el objetivo de cada paso dentro del

55

procedimiento. En la figura 3.14 se puede observar como entra agua al desaireador por medio de

la apertura de la válvula 10, y a su vez con la apertura de la válvula 15 se drena el agua

proveniente de la llenadora.

Figura 3.14 Anexo A-Paso 3 Llenar desaireador, Drenar llenadora

En la figura 3.15 se puede observar el enjuague inicial del equipo donde entra agua al equipo

por medio de la apertura de la válvula de entrada de agua (10), y a su vez que se envía por el resto

de los tanques por medio de la activación de las bombas de agua y de mezcla también se drenan

todos los elementos con la activación de las válvulas 29, 28, 14 y 15, para que de esa forma se

realice un lavado de todo el equipo con agua.

Figura 3.15 Anexo A-Paso 4 Enjuague del equipo

56

En la figura 3.16 se puede observar como se realiza la aspiración del químico por medio de la

activación de la válvula 11, que por medio de un efecto Venturi, absorbe el primer químico y lo

envía al desaireador.

Figura 3.16 Anexo A-Paso 6 Aspiración del primer químico

En el paso 8, observado en la figura 3.17 se realiza la circulación del primer químico por

todos los elementos del equipo, por un tiempo prolongado de hasta 30 minutos que permita que el

químico tenga contacto con todos los elementos del equipo durante el tiempo estimado por las

normas sanitarias.

Figura 3.17 Anexo A-Circulación del primer químico en el equipo

57

A continuación, en la figura 3.18 se puede observar el bloque o banco de electroválvulas que

posee el sistema el cual fue instalado en la mejora, por lo tanto se debió realizar un levantamiento

de cada una de las electroválvulas para que de esa forma, se le pudiera asignar su salida

correspondiente en el PLC, además de establecer una nomenclatura que se aplicará tanto en el

software como en el plano eléctrico.

Figura 3.18 Banco de electroválvulas

La señal eléctrica enviada por medio de una salida del PLC activa la bobina que envía una

señal de aire que realiza la apertura de la válvula, ya que como mencionamos anteriormente las

válvulas son de dos estados únicamente con la excepción de la válvula de inyección de CO2 al

saturador. A continuación se puede observar una de las válvulas ubicadas en el equipo (figura

3.19):

58

Figura 3.19 Válvula del Carbo-cooler

Producción

El proceso de producción es más simple: el agua entra al desaireador y es enviada

posteriormente hacia el vaso de agua, en donde al no tener que realizar ninguna mezcla con un

saborizante es enviada hacia una válvula que se encuentra en el intercambiador de calor que baja

la temperatura de la “mezcla” hasta colocarla en unos 8 grados centígrados aproximadamente

medida por una termo resistencia, la cual permite monitorear la temperatura de retorno hacia el

saturador ( temperatura necesaria para realizar la carbonatación).

Una vez que retorna el agua a baja temperatura al equipo se envía por medio de la bomba de

mezcla hacia el saturador en donde a través de una válvula se realiza la inyección del CO2. La

presión de inyección es regulada buscando mantener constantemente un Set-Point de 1.6 Bar,

manipulando la apertura y cierre de la válvula de inyección de CO2, la cual se puede observar a

continuación en la figura 3.20:

Figura 3.20 Válvula de inyección de Co2

59

3.6. Planos eléctricos

Una vez levantada toda la información del control anterior se procedió a realizar el plano

eléctrico de control y fuerza del nuevo tablero de control. Al equipo contar con la bomba de agua

y la bomba de mezcla se investigaron sus características en cuanto a voltaje de alimentación,

consumo de corriente y frecuencia de operación, de forma tal de solicitar dos guarda motores y

dos contactores que cumplieran con los requerimientos de cada una de ellas.

Además de los componentes como el breaker principal, breakers secundarios, borneras, el

transformador de 480 a 110 Voltios, la fuente DC de 24 V, que convierte el voltaje 110 Vac en

24Vdc, necesario para alimentar el PLC Siemens S7 300, y sus tarjetas de entradas y salidas. A

continuación en la figura 3.21 se presenta el plano eléctrico de la parte de control y fuerza,

además del panel y los relés de nivel indicadores de nivel en los tanques, el cual se puede

observar de forma completa en el anexo B.

Figura 3.21 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler- Tablero de control y fuerza

60

También se incluyó en el plano las entradas y salidas, tanto digitales como analógicas,

levantadas previamente del control anterior:

Entradas digitales Involucran a todas las sondas detectoras de niveles en los tanques del

equipo y los retornos de encendido de las bombas que se conectan al módulo de entradas

digitales alimentada con 24 Vdc y que permiten monitorear el estado de los componentes del

equipo para que de ésa forma se tenga la información requerida para ejecutar correctamente los

procedimientos involucrados con el equipo. Como se puede observar es una sola tarjeta de 16

entradas digitales, es decir 2 bytes o 16 bits, de los cuales se utilizan 11 y el resto se conectaron

como entradas de reserva. El primer byte (Byte 0) de entradas digitales se puede observar en la

figura 3.22

Figura 3.22 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Entradas digitales- Byte 0

A continuación en la figura 3.23 se puede observar el byte 1 de entradas digitales:

61

Figura 3.23 Anexo B- Entradas digitales Carbo-Cooler - Byte 1

Salidas digitales: Las salidas digitales son las utilizadas para la activación de todas las

electroválvulas involucradas para el proceso de limpieza CIP y de producción, además para

activar los contactores que permiten el arranque de la bomba de agua y la bomba de mezcla.

También existe una salida asignada para activar una sirena que funciona cuando se presenta una

alarma, En este caso se colocó una tarjeta de 32 salidas digitales de 24 Vdc, de las cuales se

utilizan 25 y el resto se presentan como reserva. En las figuras 3.24, 3.25, 3.26, 3.27 se puede

observar los bytes de salidas digitales que controla el PLC instalado, en donde de acuerdo con el

símbolo utilizado se describe cual elemento acciona la salida digital correspondiente.

62

Figura 3.24 Anexo B- Salidas digitales Carbo-Cooler- Byte 4

En la figura 3.25 se presenta el


63



64

Entradas analógicas: El sistema cuenta con tres entradas analógicas: existe un presostato que

indica la presión existente en el tanque saturador, la cual se utiliza para realizar el control de

presión durante el proceso de producción en busca de mantener una presión constante o Set-Point

en el mismo, mediante la apertura o cierre porcentual de la válvula de inyección de CO2. Esta

entrada es una señal de corriente de 4 a 20 mili amperios. La segunda entrada analógica supervisa

la temperatura de la mezcla, es decir la temperatura del agua que ingresa al saturador previo a

realizar la carbonatación. La medida se realiza mediante un transductor de temperatura o

termocupla que entrega una señal de milivoltaje en función de la temperatura. Por último la

tercera entrada analógica mide la temperatura de retorno de la llenadora, es decir de la bebida una

vez que se realizó la carbonatación. Se realiza mediante una termo-resistencia que entrega una

señal en ohmnios en función de la temperatura.

En la figura 3.28 se puede observar la curva característica de la termo resistencia en donde se

grafica el valor de la resistencia en ohmios en función de la temperatura y se conoce como PT100

debido a que cuando el valor de la resistencia es 100 ohmnios se tiene una temperatura de 0

grados centígrados. La PT100 mide la temperatura de la mezcla que va a ser enviada al saturador.

Figura 3.28 Curva característica de la termo resistencia

65

También existe una termocupla que envía una señal de milivoltios que se traducen en grados

centígrados. Las termocuplas se clasifican según el rango de temperatura que son capaces de

medir, así como se puede observar en la figura 3.29, que para este caso es tipo J.

Figura 3.29 Curva característica de la termocupla

Por lo tanto una vez levantada esta información se procedió a dibujar la conexión de las

entradas analógicas (figura 3.30 y 3.31), en donde se debió configurar la tarjeta por medio de un

selector interno para indicar que la señal recibida es de corriente para el caso del medidor de

presión del saturador, de voltaje para el caso de la termocupla y por último ohmniaje para el caso

de la termo resistencia.

Figura 3.30 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler

66

Figura 3.31 Anexo B- Entradas analógicas Carbo-Cooler

Salidas analógicas (figura 3.32): El sistema presenta una única salida analógica que es la

encargada de regular el porcentaje de inyección de CO2 al saturador en el proceso de producción,

y este control está determinado por la presión en el saturador donde el sistema tiene programado

un Set-Point de presión, el cual es controlado con el porcentaje de inyección del gas al saturador.

Figura 3.32 Anexo B- Salidas Analógicas Carbo-Cooler

67

Además de las entradas y salidas mencionadas se tienen los relés de nivel que permiten indicar

las condiciones de los tanques, y cuya conexión también fue reflejada en el plano y se pueden

observar a continuación en las figuras 3.33, 3.34 y 3.35:

Figura 3.33 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel

68

Figura 3.34 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-Cooler Relés de nivel

Figura 3.35 Anexo B- Plano eléctrico Carbo-cooler Relés de nivel

69

3.7. Tablero de control

Una vez realizados los planos eléctricos, se procedió al diseño del nuevo tablero de control,

determinando la ubicación de cada componente dentro del espacio físico del mismo, de forma tal

que el personal electricista tuviera todos los elementos necesarios para realizar las conexiones e

instalación del nuevo tablero. A continuación se presenta el diseño del tablero eléctrico realizado

(figura 3.36). Con la instalación del PLC S7 300, el tablero eléctrico de control se simplificó

enormemente, eliminando el control obsoleto basado en relés, incrementado la vida útil del

equipo. En la figura 3.36 se puede observar la distribución de cada componente dentro del

tablero, además de identificar en la parte inferior las conexiones de las borneras. El mismo puede

servir de ayuda visual al personal electricista en caso que se requiera realizar cualquier

intervención dentro del mismo.

Figura 3.36 Diseño del Tablero de control Carbo-Cooler

70

Al ejecutarse la puesta en marcha del proyecto, los electricistas contaban con el plano eléctrico

y con la distribución de los componentes dentro del tablero de forma tal que se realizaran todas

las conexiones con la identificación correspondiente. El resultado del diseño del tablero fue

sumamente exitoso debido a que se puede observar claramente la simplificación proyectada como

objetivo del proyecto, el cual se puede observar en la figura 3.37.

Figura 3.37 Nuevo tablero de control Carbo-Cooler

Por lo tanto como ya se mencionó la instalación de los componentes y las conexiones se

realizó con la importante ayuda de los planos y diseño del tablero, donde además se realizó

previamente el levantamiento de todos los elementos necesarios para el nuevo diseño del tablero

de control de forma tal que se pudo realizar y ejecutar dentro de los márgenes de tiempo

establecidos, colocando la identificación necesaria a través de anillos marcadores para que se

pudiera establecer una conexión de búsqueda en el plano eléctrico, para ello se ideo un sistema de

4 dígitos en donde los primeros dos dígitos correspondieran al número de página del diagrama

eléctrico mientras que los dos últimos se refieren al número de entrada o salida .

Además se elaboró una ayuda visual que permitiera conocer la descripción de cada uno de los

elementos del equipo, con la intención de entregar otra herramienta informativa acerca del

71

proyecto realizado que permitiera documentar todos los elementos existentes en el tablero de

control, facilitando cualquier intervención por parte del personal, en el supuesto que se presentase

alguna falla y debiera atenderse de forma inmediata. En la figura 3.38 se presentan todos los

componentes que integran el tablero de control con su respectiva identificación y a continuación

en la figura 3.39 se puede observar la distribución de las conexiones en la bornera de forma tal de

identificar rápidamente cualquier elemento solicitado.

Figura 3.38 Identificación de componentes en tablero de control del Carbo-Cooler

72

Figura 3.39 Conexiones en borneras de control de tablero del Carbo-Cooler

También se presentan los elementos de control y fuerza en la figura 3.40, referentes a las

bombas de agua y mezcla existentes en el equipo.

Figura 3.40 Elementos de fuerza en tablero de control Carbo-cooler

En la figura 3.41 se presentan los relés de nivel correspondientes a las sondas que detectan los

niveles en los tanques, con la respectiva descripción para diferenciarlos cada uno de ellos:

73

Figura 3.41 Relés de nivel correspondientes a las sondas de los tanques del Carbo-

Cooler

Además del PLC S7 instalado, se realizó la instalación del panel TP177B en la misma

compuerta que permite acceder al tablero eléctrico, de forma tal que los operadores del equipo

pudieran ejecutar todas las funciones necesarias por este dispositivo, atendiendo siempre a sus

solicitudes y recomendaciones de forma tal de no generar descontento con el cambio realizado.

En la figura 3.42 se puede observar el panel instalado

Figura 3.42 Panel Siemens TP177B Carbo-Cooler

74

El panel instalado permite la operación simplificada. Todas las funciones se programaron por

medio de una interfaz del Simatic Step 7 conocida como WinCC la cual permite manipular el

estado de las variables por medio del panel TP177B, asignando una figura a un espacio de la

pantalla que activara una función, marca o variable del software.

3.8. Resultados:

Una vez instalado el bloque de electroválvulas se comprobó la activación por medio del

software de cada una de las válvulas, comprobando el planteamiento inicial según el diagrama

eléctrico, por tanto se iniciaron las pruebas de funcionamiento y surgieron ciertos detalles que

retrasaron la puesta en marcha del equipo, lo cual es común en proyectos de esta envergadura.

En principio se presentó un problema con el arranque de la bomba de agua debido a que su

condición de encendido dependía de que el indicador de nivel máximo del vaso de agua no

detectara nivel, entonces la dificultad venia dada en el momento en que el relé indicador de nivel

máximo se accionaba se encendía la bomba automáticamente y al tener dentro de las condiciones

del equipo bastante turbulencia de agua. En muchos casos el indicador de nivel encendía y

apagaba en repetidas oportunidades durante un tiempo muy corto, lo cual provocaba un arranque

y parada de la bomba que podría ser sumamente perjudicial para la misma.

Por lo tanto se buscó en el software la condición de encendido y se le agregó un temporizado

al indicador de nivel del vaso de agua de forma tal que para arrancar la bomba el mismo debía

estar apagado durante un tiempo prudencial para que de esa forma se eliminara la variable de

turbulencia dentro del vaso de agua.

Una vez solventado el problema se presentaron algunos otros detalles que se resolvieron en

forma oportuna, como por ejemplo se debió reemplazar la PT100 debido a que en el

procedimiento de producción, constantemente se activaba la alarma de que no bajaba la

temperatura, y en principio se pensó que la válvula que permite el paso del agua al

intercambiador de calor no estaba accionando. Sin embargo se comprobó mediante una medición

del ohmiaje de la PT100 que la misma no estaba cambiando en función de la temperatura por lo

tanto se optó por sustituirla. Otro problema presentado fue que la bebida no estaba presentando

carbonatación alguna, es por esto que se revisó el funcionamiento de la válvula de inyección de

CO2 el cual no presentó problema. Por el contrario se detectó que el problema venía dado por un

regulador que controla los niveles de CO2 que no estaba considerado el cual estaba en su nivel

más bajo por lo tanto se estaba inyectando solo aire al saturador.

75

Se puede establecer que el arranque fue un poco forzado por detalles como los mencionados

anteriormente sin embargo la mejora fue vista con buenos ojos por todo el personal de la planta,

específicamente por el personal operador del equipo que reconoció la notable simplificación de la

operación y a pesar de presentarse las fallas mencionadas anteriormente, en todo momento se

mostró paciente y colaborador.

Los resultados del proyecto no pueden establecerse en cuanto a cifras de productividad debido

en gran parte a que la utilización del equipo al ser únicamente diseñado para la presentación de

“Minalba Sparkling” se ejecuta muy esporádicamente, por lo tanto no puede ser comparado el

control en cuanto a términos de productividad del antes y el después. Sin embargo en cuanto a

tiempo de realización del procedimiento del CIP, es notable la mejora y nada mejor que el

testimonio positivo expresado por los operadores en la realización de los adiestramientos para

comprobar el completo éxito de la realización del proyecto.

3.9. Referencia al manual de operación del equipo

Para finalizar este capítulo es necesario mencionar que al cambiar el procedimiento de

operación, nos encontramos con otro de los objetivos del proyecto, el de estandarizar un manual

de operación que permitiera a los operadores instruirse en el nuevo control y además permitiera

realizar los adiestramientos respectivos. Por lo tanto se elaboró un nuevo manual de operación

(Anexo C), cuyas principales figuras se presentan a continuación (figuras 3.43 – 3.47).

Figura 3.43 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de parada

76

Figura 3.44 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Botón de arranque

Figura 3.45 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Identificación de los

componentes del sistema

77

Figura 3.46 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del

procedimiento de producción

Figura 3.47 Anexo C- Manual de operación Carbo-Cooler- Arranque del

procedimiento CIP

78

CAPÍTULO 4

PROYECTO LÍNEA 2: PALETIZADOR Y TRANSPORTES

DE BOTELLAS Y PAQUETES

En la línea de producción número 2 de la planta Minalba de San Pedro de los Altos se

plantearon mejoras que involucraban varios equipos de la misma línea, los cuales se describen a

continuación:

4.1. Descripción de los equipos que conforman la línea de producción 2

En la figura 4.1 se puede observar la disposición de los equipos de línea 2, en donde se

detallan los equipos involucrados en los proyectos de automatización.



Este equipo se encarga de incorporar las botellas vacías a la línea de producción. Está

compuesto por 3 transportes que trasladan las paletas colocadas por el montacargas en el primer

Proyecto 2 Paletizador línea 2

Proyecto 3 Transportes de botellas y paquetes de línea 2

79

transporte. Las paletas van avanzando hasta llegar a un sistema elevador ubicado después del

tercer transporte que permite que se vayan circulando las camadas de botellas para incorporarlas

a la línea de producción.

El barrido de las botellas lo realiza un brazo mecánico. Una vez realizado el vaciado completo

de la paleta, la misma desciende para trasladarse a otro transporte que acumula las paletas vacías.

4.1.2. Posicionadora de botellas

La posicionadora cumple la función de tomar las botellas que vienen del despaletizador y

ubicarlas para que puedan ser enviadas una a una hacia las vías aéreas de botellas, es decir es el

equipo que se encarga de tomar todas las botellas totalmente desordenadas y acumuladas todas en

conjunto, para así enfilarlas de forma ordenada hacia las vías aéreas de botellas.

4.1.3. Vías aéreas de botellas

Es el equipo encargado de trasladar las botellas desde la posicionadora hacia la llenadora,

como su nombre lo indica es un transporte aéreo que por medio de unas barandas que se adaptan

según el formato o presentación a ser utilizado, sostienen la botella la cual es impulsada por

medio de unas turbinas o sopladores a muy alta velocidad hacia la llenadora.

4.1.4. Llenadora

A pesar de recibir el nombre de llenadora, este equipo realiza 2 funciones adicionales al

llenado de botellas, en principio se encarga de recibir las botellas ya sea de las vías aéreas o de

los transportes para realizar un proceso de enjuagado que permita lavar internamente la botella

volteando la botella 90 grados y disparando una cantidad de agua a gran presión dentro de cada

una que permite lavar internamente la botella, una vez realizado esto la botella retoma su

posición original y es enviada a la llenadora que es donde la botella se carga de agua para

posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica coloca las tapas en las botellas

llenas para así enviarlas al transporte de botellas llenas.

4.1.5. Transporte de botellas llenas

El equipo se encarga de trasladar mediante cintas transportadoras las botellas que salen de la

llenadora y las envía hacia la empaquetadora, cuenta con 6 cintas transportadoras con motores

independientes en donde además se realiza la codificación individual de las botellas precisamente

en el primer transporte a la salida de la llenadora.


80



seleccionada, para posteriormente enviarlos a la línea transportadora de paquetes.

4.1.7. Transporte de paquetes

Es el equipo que cumple la función de trasladar los paquetes desde la empaquetadora hacia el

paletizador, consta de 12 cintas transportadoras controladas con motores independientes,

representa la línea transportadora más larga de toda la Planta.

4.2. Proyecto 2: Paletizador de línea 2

En el caso de la línea 2 el proceso de paletizado es completamente automático, es decir que

existe un equipo que se encarga de construir las camadas de paquetes con botellas, sin

intervención manual de operadores.

4.2.1. Descripción del proceso

La línea 2 posee la mayor capacidad de producción de toda la planta. Tiene la

multifuncionalidad de permitir tres presentaciones: 330ml, 600ml y 1500ml.

Desde el punto de vista de velocidad del proceso, el mismo puede representarse con una “V”

invertida (ver figura 4.2). El equipo con mayor velocidad es la llenadora debido a que debe

realizar el procedimiento de llenado y tapado de las botellas a una velocidad sumamente alta para

no generar retraso en los equipos anteriores y suministrar todo el producto necesario para enviar a

la empaquetadora y posteriormente al paletizador de forma tal que todos los equipos trabajen a

una velocidad que logre la producción deseada.

Figura 4.2 Referencias en cuanto a velocidad de los equipos de línea 2

81

4.2.2. Descripción del equipo:

El sistema paletizador de línea 2 está compuesto por varias equipos que cumplen la

función de construir las camadas con paquetes de botellas llenas para que posteriormente se

coloquen en las envolvedoras, para enviarlas a los camiones de distribución. El sistema de

paletizador está compuesto por dos equipos principales:

Robokombi: Equipo encargado de tomar los paquetes de botellas ordenados en la mesa de

entrada, para colocarlos en forma ordenada en las paletas.

Robot araña: Equipo encargado de colocar tanto las paletas como las láminas divisoras de

camada en la línea, las paletas son colocadas mediante unos ganchos que abren y cierran para

sujetar las paletas, las cuales se encuentran almacenadas a un lado del robot araña. La otra

función de tomar ventosas o las láminas divisorias de camada la realiza por medio de unos

succionadores que se una vez que el robot detecta la presencia del cartón se aspira el aire de

forma tal que se puede tomar la ventosa para trasladarla al lugar requerido. Ambos equipos se

pueden observar en la figura 4.3 presentada a continuación:

Figura 4.3 Paletizador de línea 2

82

El proceso consiste en que los paquetes de botellas llenas que provienen de las vías

transportadoras de línea 2, llegan a la mesa de entrada del paletizador , el cual se encarga de

trasladar los paquetes, orientándolos de acuerdo al patrón que corresponde a la presentación de

producto que está corriendo ya sea 330 ml, 600 ml o 1500 ml .

La mesa de formación de camada agrupa y une los paquetes para armar la camada compacta.

Al mismo tiempo la herramienta del brazo del Robokombi se ubica en la salida de la mesa de

formación de camada para esperar a que ésta sea construida. También al mismo tiempo el sistema

de robot araña debió haber colocado la paleta de madera en donde se va a construir la torre,

colocando además una lámina de chapaforte (que sirve como soporte entre camadas).

Cuando la camada esta lista, un brazo arrumador que se encuentra en la parte superior de la

mesa de formación de camada, empuja los paquetes desde la parte posterior hacia la herramienta

del brazo del Robokombi. Éste la sujeta y la traslada al lugar donde encuentra la paleta vacía o

que se está llenando de acuerdo a las coordenadas de posición y altura correspondientes.

Cuando el robot está en la posición adecuada desplaza los rodillos dejando caer la camada

sobre el chapaforte, se levanta y se traslada hasta la salida de la mesa de formación de camada

nuevamente. Mientras tanto la unidad dosificadora de chapaforte coloca una nueva lámina

(excepto sobre la última camada de cada paleta) y se va formando la camada siguiente. A

continuación se puede observar el brazo empujador encargado de enviar los paquetes ya

ordenados hacia el Robokombi (figura 4.4).

Figura 4.4 Brazo empujador de paquetes

83

Una vez que los paquetes son empujados, brazo del robot se abre por medio de unos rodillos y

toma los paquetes, para posteriormente trasladarlos hacia la formacion de la camada, moviendo

sus rodillos para dejar caer los paquetes en la posicioon correcta. En la figura 4.5 se puede

visualizar el brazo del Robokombi que realiza la funcion antes descrita.

Figura 4.5 Brazo de Robokombi

4.2.3. Descripción del problema

En vista de lo explicado anteriormente se tiene que el robot araña cumple una doble función,

suministrar paletas y ventosas a la línea. Cabe destacar que se realizó un estudio del robot araña

debido a la constante aparición de fallas, y se conoció que el equipo tenía un promedio de fallas

muy alto, que puede atribuirse a que la doble funcionalidad del equipo lo perjudicaba

enormemente.

Se pudo investigar además que el sistema originalmente fue diseñado para la utilización de

paletas plásticas, mientras que en la actualidad se utilizaban paletas de madera, las cuales son

considerablemente más pesadas que las anteriores lo cual contribuía enormemente con la

constante aparición de las fallas que generaban considerables paradas de la producción. Además

de las fallas mecánicas sufridas por la araña, la doble funcionalidad de la misma retrasaba el

proceso de paletizado.

84

En la figura 4.6 se puede observar el seguimiento del proceso de paletizado con una medición

de los tiempos, en donde se toma como tiempo inicial o tiempo “0” cuando el sistema culminaba

completamente el armado de una paleta y la misma avanzaba, mientras que el tiempo final es

precisamente cuando se culminaba la siguiente paleta. Cabe destacar que la medición de tiempos

se realizó en condiciones ideales, es decir cuando la línea de producción no presentara ninguna

parada, y el proceso de paletizado fuera constante y sin pausas. Entonces se consideran los

siguientes pasos:

1- Avanzó la paleta culminada

2- La araña coloca la paleta en la línea

3- La araña coloca el cartón encima de la paleta

4- El Robokombi coloca las camadas de paquetes

5- La araña coloca la ventosa encima de la camada

6- Se repiten 4 y 5 hasta culminar la paleta

Figura 4.6 Proceso de paletizado cronometrado

85

A continuación se presenta una ayuda visual de cada paso mencionado anteriormente en

las figuras 4.7, 4.8, 4.9 y 4.10:

Figura 4.7 Paso 2

Figura 4.8 Paso 3

86

Figura 4.9 Paso 4

Figura 4.10 Paso 5

87

Se pudo establecer que el proceso de paletizado en condiciones ideales posee un total de 2

minutos 47 segundos de armado por cada paleta, encontrando que el retraso se debe en gran parte

a que el proceso debe esperar por la colocación de la paleta y posteriormente de la ventosa por

parte del robot araña para iniciar el armado de la paleta.

Con esta nueva evidencia y lo anteriormente mencionado en términos de fallas, se planteó la

necesidad de realizar una modificación en el sistema de paletizado de la línea de forma tal de

incorporar un equipo que suministrara las paletas a la línea y de esa forma eliminar la doble

funcionalidad del robot araña para que únicamente suministrara ventosas en el proceso. El

proyecto se planteó también en vista que existía un equipo en otra planta de Empresas Polar, que

no estaba siendo utilizado y precisamente cumplía las funciones de un dosificador de paletas.

Además un argumento fundamental es que con la incorporación del dosificador de paletas al

equipo, la araña no realizaría el recorrido de buscar la paleta, que es donde se mueve dentro del

mismo campo de movimiento del Robokombi, por lo tanto al incorporar el dosificador

mencionado se elimina el movimiento de la araña dentro del campo de movimiento del robot, por

lo tanto se hace completamente nula la posibilidad de una colisión entre ambos equipos (lo cual

de acuerdo con los operadores sucedió en alguna oportunidad).

4.2.4. Planteamiento del proyecto:

En el inicio del proyecto, una vez entendido y estudiado el proceso de paletizado se procedió a

estudiar el esquema eléctrico del equipo, ya que en vista que se iban a realizar modificaciones en

el proceso, algunas funciones debían ser eliminadas, por lo tanto se centró inicialmente en el

robot araña, ya que es específicamente su función de recoger las paletas la que debía ser

eliminada.

La función de recoger las paletas se realizaba por medio de unos ganchos de hierro que abrían y

cerraban para sujetar las paletas, como se puede observar el la figura 4.11 y 4.12:

88

Figura 4.11 Robot araña antes de las modificaciones

Figura 4.12 Robot araña- Elementos a desincorporar

89

Debido a esto se identificaron todas las entradas y salidas del PLC relacionadas con la función

realizada por estos ganchos y se procedió a analizarlas para comprobar si debían ser eliminadas

para dar paso al nuevo diseño, además que permitiera actualizar el esquema eléctrico. Los nodos

de entradas y salidas del robot araña se comunicaban por medio de una red ASIBUS, por lo tanto

fue de suma importancia conocer cuales entradas y salidas no iban a ser requeridas en la nueva

programación del sistema de paletizado para que de esa forma se pudieran eliminar físicamente, y

fueran además eliminadas en la reestructuración que iba a sufrir el software. A continuación

observamos el esquema eléctrico del equipo en donde se resaltan las I/Os que debían ser

desincorporadas junto con la remoción física de los ganchos del robot araña (figura 4.13-14).

Figura 4.13 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas

90

Figura 4.14 Plano eléctrico Paletizador- Entradas y salidas eliminadas

Las entradas desincorporadas son las relacionadas con los sensores de ganchos abiertos o

ganchos cerrados (son 4 ganchos en total), sensores ubicados en el almacen de paletas, y sensores

de seguridad en mometos de rotacion del robot araña, en cuanto a las salidas se tienen las

electroválvulas de apertura y cierre de ganchos. Este estudio fue beneficioso debido a que

permitió tener una directriz para falicitar al personal que realizó el desarme del equipo, sin

incurrir en errores ni retardos.

En la figura 4.15 se puede observar el robot araña después de las modificaciones, donde

claramente se puede notar que fue simplificado enormemente con la eliminación física de los

ganchos sujetadores de paletas y los nodos de entradas y salidas relacionados a los mismos

Figura 4.15 Robot araña después de las modificaciones

91

4.2.4.1. Dosificador de paletas:

Por otra parte, se debió realizar el estudio del nuevo equipo a ser incorporado en la línea, de

forma tal de entender su funcionamiento y poder incorporar todos los sensores requeridos para

integrarlo al sistema de paletizado. El dosificador de paletas presentaba un sistema compuesto

por 2 motores, un motor encargado de elevar por medio de unos ganchos las paletas almacenadas,

y el otro encargado de transportar la paleta hacia afuera del equipo que se denominará como

transportador 1, al mismo debió integrarsele una mesa volteadora a la salida del mismo, que

trasladara la paleta saliendo del dosificador,llamado transportador 2 , el cual tiene la

particularidad de subir y bajar, precisamente para que la paleta pueda ser incorporada a la línea de

producción. En la figuras 4.16 y 4.17 se observa lo antes descrito:

Figura 4.16 Dosificador de paletas vista posterior

92

Figura 4.17 Dosificador de paletas vista frontal

4.2.4.1.1. Descripción del funcionamiento:

En principio el equipo debe encontrarse con los ganchos del elevador de paletas abiertos, para

que de esa forma se puedan colocar paletas encima del transportador 1. Una vez colocadas las

paletas en el transporte 1 los ganchos se cierran tomando la paleta que está por encima de la que

se encuentra en contacto con el transportador 1 o que está en la parte inferior de todo el almacén

de paletas, para que de esa forma los ganchos se eleven y liberen a la última paleta sosteniendo el

resto. Posteriormente se enciende el transportador 1 y 2 hacia adelante trasladando la paleta hasta

la mesa volteadora, en donde una vez que llega al final los dos canales del transporte 2 se

desplazan hacia abajo incorporando la paleta en los rodillos de la mesa volteadora.

El funcionamiento del equipo, se puede resumir en 3 motores que controlan el elevador de

paletas, el transportador 1 y el transportador 2; electroválvulas para abrir y cerrar los ganchos y

para subir o bajar el transporte 2, sin embargo se debió realizar el diseño de la ubicación de los

sensores requeridos para incorporar el equipo al sistema de paletizado.

4.2.4.1.2. Diseño y ubicación de los sensores

El equipo contaba con algunos sensores básicos de su funcionamiento, que no eran suficientes

para controlar todas las funciones que se querián obtener al incorporarlos al dosificador. A

93

continuación se presenta una ayuda visual de la ubicación y tipo de los sensores que tenía el

equipo originalmente (figura 4.18).

Figura 4.18 Diagrama de ubicación de sensores ya existentes del dosificador de

paletas

Sensor nivel máximo elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba

que los ganchos del elevador se encuentran en el nivel máximo, se enciende por la detección del

metal de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas se encuentra en su máximo

nivel y puede subir más.

Sensor nivel medio elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba que

los ganchos del elevador se encuentran en el nivel medio, se enciende por la detección del metal

de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas se encuentra en el nivel medio y

puede desplazarse hacia arriba o hacia abajo.

Sensor de nivel mínimo elevador de paletas: Sensor de tipo inductivo que cuando detectaba

que los ganchos del elevador se encuentran en el nivel mínimo, se enciende por la detección del

metal de los ganchos. Sirve para indicar que el elevador de paletas llegó a su posición bajo.

Los sensores mencionados se ilustran en la figura 4.19 presentada a continuación:

94

Figura 4.19 Sensores indicadores de nivel del elevador de paletas

Sensor magnético gancho abierto 1 y 2: Sensor de tipo magnético que indica que el gancho 1

o 2 se encuentra abierto, es decir sin sujetar paletas, detecta cuando el gancho abre.(figura 4.20)

Sensor magnético gancho cerrado 1 y 2: Sensor de tipo magnético que indica que el gancho

1 o 2 se encuentra cerrado es decir sujetando las paletas, detecta cuando el gancho cierra..

Figura 4.20 Sensor magnético gancho abierto dosificador de paletas

95

Sin embargo a pesar de contar con una serie de sensores que podrían permitir un control

básico del equipo se debió plantear la instalación de nuevos sensores que permitieran controlar

todo el sistema con la incorporación de la mesa volteadora.

Se incorporó un PLC Siemens S7 junto con 3 variadores de frecuencia marca Danfoss para

controlar la velocidad de los 3 motores del equipo, y un panel que permitiera incorporar todas las

funciones de los accionamientos respectivos. En dicho lugar se realizaron las pruebas necesarias

y se realizó el diseño de la ubicación de los sensores a incorporar los cuales podemos observarlos

en la figura 4.21:

Figura 4.21 Ubicación de sensores incorporados en el dosificador de paletas

Sensor presencia de paleta en mesa volteadora (figura 4.22): Sensor de proximidad que

permite detectar cuando la paleta llega a la mesa volteadora, su inclusión se debe a que es el que

envía la señal al PLC para bajar el transporte 2 y así incorporar la paleta a los rodillos de la mesa

volteadora.

96

Figura 4.22 Sensor presencia de paleta en transporte 2

Sensor cadena mesa volteadora ( figura 4.23): Sensor de tipo inductivo que detecta cuando

la cadena del transportador 2 se encuentra arriba.

Figura 4.23 Sensor transporte 2 arriba

Sensor presencia de paleta en transporte (figura 4.24) : Sensor reflectivo que indica cuando

existe una paleta en el transporte 1, sirve además como seguridad de forma tal de no bajar el

elevador hasta el mínimo cuando hay una paleta en el transporte 1.

97

Figura 4.24 Sensor presencia de paleta en transporte 1

Sensor presencia de 3 paletas en transporte 1 (figura 4.25): Permite indicar que quedan

solamente 3 paletas en el arrumador del dosificador y sirve para enviar una alarma a los

operadores indicando que deben colocar paletas nuevamente.

Figura 4.25 Sensor mínimo 3 paletas en transporte 1

Sensor máximo nivel de paletas en transporte 1 (figura 4.26): Permite indicar que el

arrumador del dosificador se encuentra completamente lleno por medio de un sensor de

proximidad ubicado en la parte superior del dosificador.

98

Figura 4.26 Sensor de máximo nivel de paletas en transporte 1

Una vez culminado el período de prueba del dosificador se trasladó el equipo al lugar donde

iba a ser incorporado, se instalaron los sensores mencionados anteriormente, los cuales se

conectaron por medio de unos nodos de entradas y salidas (figura 4.27), los cuales a través de una

comunicación Profibus se incorporaron al control del PLC Siemens S7 ya existente.

Figura 4.27 Nodos de entradas y salidas del dosificador de paletas

Además se instalaron los tres variadores de frecuencia mencionados en el tablero eléctrico del

paletizador, siguiendo con las especificaciones de voltaje, corriente y potencia que poseen cada

uno de los motores pertenecientes al dosificador. Por lo tanto se instalaron 3 variadores Danfoos

FC300 los cuales se encontraban en existencia en el almacén de la planta.

99

4.2.5. Planos eléctricos:

Al realizar modificaciones en el equipo paletizador se debió además modificar el esquema

eléctrico de forma tal de reflejar la nueva incorporación del dosificador, como se presenta a

continuación en las figuras 4.28, 4.29 y 4.30 pertenecientes al anexo D, donde se puede observar

la conexión de los nuevos motores mencionados con su respectivo variador de frecuencia y toda

la información acerca de la conexión, por supuesto tomando como referencia para el dibujo, el

diseño de los planos eléctricos originales.

Figura 4.28 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor elevador de

paletas

100

Figura 4.29 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte

cadena 1

Figura 4.30 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Motor transporte

cadena 2

101

Además se incluyó en el plano eléctrico toda la información de las entradas y salidas

anteriormente mencionadas (figuras 4.31-4.34), representando la dirección de entrada o salida

correspondiente en el PLC, el tipo de sensor, el tipo de comunicación (Profibus DP) y por el

último el nodo correspondiente al que pertenece dicha entrada o salida.


paletas


paletas

102


paletas

Figura 4.34 Anexo D- Esquema eléctrico Paletizador línea 2- Salidas Dosificador de

paletas

103

Una vez instalado el dosificador de paletas en el área de paletizado se procedió a sincronizar

sus movimientos con los del resto del paletizador, variando las velocidades de los motores de

forma tal que el sincronismo del Robokombi, Robot araña y el dosificador fuera óptimo. Por

supuesto modificando la operación del robot araña eliminando la función de recoger las paletas.

Además de esto se instaló un panel TP177B, sustituyendo el panel obsoleto actual de forma tal

de mejorar la operación del equipo y además adicionar la operación del nuevo dosificador de

paletas incorporado. En la figura 4.35 se observa el panel de operación anterior mientras que en

la figura 4.36 el panel TP177B instalado.

Figura 4.35 Panel secundario de operación anterior

Figura 4.36 Panel secundario de operación instalado

104

Cabe destacar que el panel representado en la figura 4.36 representa el panel secundario del

paletizador, desde el cual anteriormente se manipulaba únicamente el robot araña mientras que

actualmente se le agregó la función del dosificador de paletas.

Por lo tanto existe un panel principal el cual también fue sustituido por un panel MP377

(figura 4.37) desde donde se puede manipular todo el paletizador incluyendo Robokombi, Robot

araña y dosificador, lo que representa una ventaja con respecto al diseño anterior debido a que el

operador debía trasladarse hasta otro lado en caso que se debiera realizar alguna manipulación

manual del robot araña.

Desde el punto de vista operacional lo anterior representa una gran mejora debido a que

también el personal permitió avalar la realización del proyecto, que en muchos casos puede verse

afectada por el descontento del personal de la planta. Por lo tanto previamente a la ejecución del

proyecto se debió proceder a realizar encuentros con el personal de operadores del paletizador de

línea 2 de forma tal de exponer la idea del proyecto y captar sus impresiones además de

presentarles las ventajas que presentaba el mismo para todo el personal de la planta.

Figura 4.37 Panel principal paletizador línea 2 instalado

4.2.6. Resultados

Entre los beneficios que buscaba la realización del proyecto existen dos visiones desde donde

se ataca el objetivo de aumento en la productividad, el primero ya fue mencionado que es el de

disminuir el número de paradas por motivo de fallas en el robot araña, el segundo se debe a que

el dosificador de paletas al ser un equipo incorporado que puede trabajar independientemente del

funcionamiento del Robokombi o el robot araña , tiene la capacidad de introducir las paletas a la

línea de producción en el momento en que aún se está armando la paleta anterior, de forma tal

que una vez culminada la misma, la nueva paleta se coloque rápidamente en posición para repetir

105

el proceso.

Entonces se podría inferir que el tiempo que anteriormente la araña tomaba para buscar la

paleta y colocarla en la línea actualmente estaba siendo eliminado, debido a esto se procedió a

medir el tiempo de armado de las paletas después de las modificaciones coincidiendo claramente

con lo anteriormente planteado ya que el tiempo se redujo 53 segundos por cada paleta lo que

representa un 31.73% de disminución de tiempo de producción de cada paleta, por supuesto

en base a las condiciones ideales expuestas anteriormente.

Estudiando la productividad de la planta se puede comprobar todo lo anteriormente expuesto,

ya que en los meses anteriores se tenía un promedio de 57% de productividad, mientras que una

vez realizado el proyecto, se logró un pico de productividad de 59.76% en el mes de Mayo

específicamente, lo cual representa un incremento sumamente considerable que justifica la

ejecución del proyecto antes mencionado, sin mencionar que en el mes de Junio la

productividad llegó a alcanzar en un día de producción la cifra de 73.8% que representa

una de las más altas observadas en dicha línea.

4.2.7. Referencia al manual de operación

Es importante mencionar que a pesar de la magnitud del proyecto, el mismo pudo ser llevado a

cabo en el tiempo estipulado, y una vez culminado se procedió a impartir los adiestramientos

necesarios para el personal de operadores mediante la elaboración de un manual de operación de

las pantallas, que sirvió de material de apoyo para los mismos. A continuación se presentan

algunas de las pantallas dispuestas en dicho manual (figuras 4.38-4.41) , por razones de espacio

solo se muestran en este informe algunas de referencia, mientras que todo el manual puede

observarse en el anexo E de este informe.

106

Figura 4.38 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones

manuales del Robokombi.

Figura 4.39 Anexo E-Manual de operación Paletizador de línea 2- Funciones

manuales del Robokombi.

107


Dosificador de paletas


Dosificador de paletas

108

4.3. Proyecto 3: Transportes de botellas y paquetes línea 2

El tercer proyecto se realizó en la misma línea de producción del paletizador, en este caso

línea 2; sin embargo los equipos involucrados en esta oportunidad son las líneas transportadoras

de botellas y paquetes.

4.3.1. Descripción del equipo

La línea transportadora de botellas traslada las botellas enviadas por la llenadora hacia la

empaquetadora, son un total de seis transportes que tienen como objetivo crítico evitar la caída de

botellas. Los transportes de paquetes trasladan los paquetes enviados por la empaquetadora hacia

el paletizador, son un total de doce transportes representando la línea de transportes mas extensa

de la planta precisamente diseñada con el objetivo de acumular la mayor cantidad de paquetes

posibles sin detener la línea de producción por paradas en el paletizador. A continuación en la

figura 4.42, se puede observar un esquema de las líneas transportadoras de envases y paquetes de

línea 2.

Figura 4.42 Diagrama de las líneas transportadoras de envases y paquetes de línea 2

109

4.3.2. Descripción del problema

Para exponer las razones por las cuales se plantea el proyecto de automatización es importante

dividir los transportes de botellas de los transportes de paquetes ya que los argumentos para cada

uno de ellos son diferentes.

4.3.2.1. Transportes de botellas: Los transportes de botellas de línea 2 son un total de siete

bandas transportadoras , con motores independientes y ademas variadores de frecuencia

independientes.

En este tramo de la línea, el problema principal radica en la caída de botellas, lo cual se

debe a que la llenadora dependiendo de sus condiciones de operación trabaja a distintas

velocidades, por lo tanto al enviar las botellas hacia los transportes en varias ocasiones, las

transiciones de botellas entre transportes ocasionaba que el problema de botella caída, lo cual

resultaba sumamente dificil de corregir debido a que los transportes tenían una velocidad fija y

adicionalmente a esto no existia un panel de operación desde el cual se pudiera variar esa

velocidad del transporte, sino que se debía modificar directamente en la referencia del variador

de frecuencia correspondiente al motor que controlaba dicho transporte.

Por lo tanto cada transporte trabajaba con una sola velocidad sin importar la acumulación

de botellas a lo largo de la línea, lo cual era sumamente ineficiente debido a que en caso de

que la empaquetadora tuviera una parada, las botellas se empezaban a acumular en la línea y al

chocar las botellas que llegaban con la acumulación ya formada, se originaba caída de

botellas, obligando a los operadores a buscar una solución informal que es la de rociar toda la

línea con un líquido resbalante altamente costoso, representando una solución sumamente

ineficiente.

4.3.2.2. Transportes de paquetes: Para el caso de los transportes de paquetes las dificultades

son diferentes,sin embargo pueden ser resueltas en ambos casos con la misma solución

planteada en el punto 4.3.2.1.

La línea transportadora de paquetes tienen en total 12 transportes controlados por motores

independientes, cada una controlado por un variador de frecuencia, sin embargo al igual que

en el caso anterior no poseían ninguna lógica de control por motivo de acumulación. Los

transportes trabajaban a una velocidad específica causando que no se acumularan de manera

eficiente, dejando de acumular un 30% de su totalidad o en ocasiones hasta 70 % dependiendo

de la dosificación de la empaquetadora.

110

Por lo tanto se veia afectada indirectamente la productividad de la línea debido a que al

acumular de forma ineficiente los paquetes, el tiempo que pasaba cuando se presentaba una

parada corta en el paletizador, para que se llenara la línea y por tanto se detuviera la

empaquetadora era muy corto, lo cual causaba paradas sucesivas en el resto de equipos de la

línea afectando altamente la productividad.

4.3.3. Planteamiento del proyecto

Debido a la problemática mencionada anteriormente se planteó entonces un esquema de

modulación de velocidades de la línea transportadora, estableciendo tres velocidades por cada

transporte que permitieran no solo una mejor acumulación de los paquetes sino que además

evitaran la caída de botellas antes de la empaquetadora.

Para realizarlo se debió identificar los sensores ubicados en los transportes leyendo su entrada

en el PLC y su ubicación en el transporte para que de ésa forma se pudiera plantear la lógica de

cambio de velocidad de los mismos. En principio se establecen tres velocidades: una velocidad

alta, una media y otra baja, que debía tener cada transporte según las condiciones planteadas. Las

lógicas de cambio de velocidad para los transportes también difieren por tanto en éste tramo

tambien se dividirá en transportes de botellas y de paquetes.

4.3.3.1. Transporte de paquetes: Los transportes de paquetes de línea 2 poseen cada uno un

sensor de tipo reflectivo ubicados al final de su tramo, por lo tanto se planteo una lógica en

donde se usaría por cada transporte la información del sensor mencionado y del estado del

transporte ubicado por delante de él, considerando si se encontraba encendido o apagado.

Para cada transporte se define un “maestro”, el cual es el transporte que se encuentra por

delante de el mismo, con excepción del caso del transportador que se encuentra en la entrada

del paletizador cuyo maestro es el estado encendido o apagado del mismo paletizador. En la

figura 4.43 se puede observar un diagrama que representa la disposición de los transportes, la

identificación de su motor y sensor respectivo

111

Figura 4.43 Diagrama Transportes de paquetes de línea 2

En la figura 4.44 se observa una imagen de los transportes de paquetes en plena producción.

Se puede observar claramente la longitud de la línea transportadora de envases y además la forma

ineficiente como acumula paquetes en algunos tramos, ya que tiene tramos de los transportes

vacíos mientras que otros se encuentran con todos los paquetes unidos unos con otros.

Figura 4.44 Transportes de paquetes de línea 2

112

A continuación en la figura 4.45 se tiene el sensor detector de paquetes ubicado al final de cada

transporte:

Figura 4.45 Sensor detector de paquetes transporte 2201

Por tanto, continuando con la lógica de modulación se tiene que existe un “maestro” y un

“esclavo”, el maestro es el transporte ubicado por delante y el esclavo es el mismo transporte,

teniendo esto, se puede plantear una tabla de la verdad que refleje dadas las condiciones del

maestro y el sensor, el tipo de velocidad que va a tener el transporte esclavo.

Como se mencionó anteriormente se define una velocidad alta, una media y una baja, vamos a

tener también un tiempo de transición de velocidad y un tiempo de parada, es decir un retardo en

la transición de cambio de velocidad y uno en la parada.

Se presentará una tabla que permita ilustrar mejor la nueva lógica sin embargo se resume a

decir que el transporte tiene la velocidad alta cuando su maestro está funcionando, es decir el

transporte que tiene por delante se encuentra encendido; una vez detenido el maestro y el sensor

del esclavo está libre entra en la velocidad media hasta que el sensor se coloque en 1 es decir que

tenga paquete por un cierto tiempo a su salida entonces ahí entrara a la velocidad baja hasta

detenerse, el tiempo que tarda en detenerse está dado por el tiempo de parada, la misma lógica se

cumple con todos los transportes de paquetes.

A continuación la tabla de la verdad de lo mencionado (tabla 4.1):

113

Tabla 4. 1 Tabla de la verdad- Modulación de velocidadesMotor

maestro

Sensor

esclavo

Motor

esclavo Velocidad

1 0 1 Alta

0 0 1 Media

0 1 1 Baja

En cuanto a la parte de programación se trabajó con el software Simatic S7 300, en donde se

definen 3 condiciones de velocidad, cada una de ellas una vez relacionada con un factor

multiplicador.

Para el caso de velocidad alta, el factor multiplicador es mayor que el de las otras dos

velocidades, entonces ese factor asociado a cada una de las tres velocidades se multiplica por una

referencia base del motor, las cuales se establecieron en 100hz.

Por lo tanto si se dan las condiciones, por ejemplo de velocidad baja, el factor asignado para

velocidad baja se multiplica por la referencia base que son 100 hz y el resultado de esta operación

representa la referencia de velocidad del motor.

A continuación se presenta un ejemplo con uno de los transportadores de cómo se realizó lo

anteriormente explicado (figura 4.46)

114

Figura 4.46 Programa Step 7 Referencia de salida del motor

En este caso las cond_1 corresponden a velocidad baja, es decir que el maestro está en 0 y el

sensor detecte paquete en 1. Se multiplica la referencia base mencionada con el factor

multiplicador de la velocidad baja, el cual se puede ajustar desde el panel; de ésa forma el

resultado es la referencia de salida del motor en cuestión para que se mueva a velocidad baja.

Cuando se realiza la condición de velocidad baja, no puede realizarse la condición de media alta.

Es por esto que se colocan en serie los contactos normalmente cerrados de las otras condiciones

para que en caso que uno de ellos este dado, no se realice la condición equivocada.

Una vez que se detuvo toda la línea, el arranque de los motores viene dado por la condición

del paletizador. Cuando el mismo enciende, automáticamente arranca el transportador más

cercano. Unos segundos después enciende el anterior y así sucesivamente hasta arrancar toda la

línea. El objetivo de la modulación de tres velocidades es incrementar el tiempo que tarda en

llenarse la línea transportadora cuando ocurre una parada corta del paletizador, para que de ésa

forma mediante una mejor acumulación de los paquetes darle un tiempo al nuevo arranque del

paletizador sin que esto signifique el parado de la empaquetadora .

115

4.3.3.2. Transporte de botellas (figura 4.47 y 4.48): En cuanto al transporte de botellas la

lógica de modulación es ligeramente distinta, en éste caso la velocidad de los transportes

depende única y exclusivamente de la condición de los sensores.

Figura 4.47 Transportes de botellas de línea 2

Figura 4.48 Transportes de botellas de línea 2

En éste tramo los sensores son inductivos los cuales detectan la acumulación de botellas.

Cuando el transporte está completamente lleno de botellas el sensor detecta esta situación por

116

medio de una baranda que se encuentra constantemente haciendo contacto con el sensor

inductivo. Cuando ocurre la acumulación en el transporte, las botellas empujan la baranda,

levantándola y ocasionando que el sensor deje de detectar el metal; como se puede observar en la

figura 4.49.

Figura 4.49 Sensor de acumulación de botellas en transportes de línea 2

Con base en la información de dichos sensores, se planteó la lógica de modulación siguiente:

considerando que en muchos casos existe más de un sensor por tramo, si el transporte siguiente

no presenta ningún tipo de acumulación el mismo debe encontrarse en velocidad alta. En caso de

que el transporte siguiente se encuentre totalmente lleno de botellas, el transporte debe caer en

velocidad media, y cuando tanto el transporte siguiente como el transporte de interés se encuentra

totalmente lleno de botellas, el mismo debe entrar en velocidad baja, tal como puede apreciarse

en las figura 4.50, 4.51 y 4.52:

117

Figura 4.50 Programa Step 7 Condición velocidad baja motor 1301

Figura 4.51 Programa Step 7 Condición velocidad media motor 1301

118

Figura 4.52 Programa Step 7 Condición velocidad alta motor 1301

4.3.4. Resultados:

Una vez realizada la parte de programación se procedió a realizar las pruebas en producción.

Con la ayuda del personal de la planta se colocó un panel TP177B desde el cual se pudieran

modificar los parámetros de velocidad alta, media y baja para lograr el desempeño óptimo de los

transportes eliminando todos los problemas anteriormente mencionados.

Se propuso una fase de ajuste de velocidades en medio de la producción de forma tal de

entregar unos parámetros validados con varias horas de funcionamiento de producción. A

continuación se presentan los parámetros de velocidad validados para los cuales se logró entre

otros aspectos eliminar la caída de botellas en las tres presentaciones que corresponden en la línea

330ml, 600ml y 1500ml, y además logrando una importante mejora en la acumulación de

paquetes a la salida de la empaquetadora (Tabla 4.2).

119

Tabla 4. 2 Parámetros de velocidades consolidados para transportes de línea 2

Dichos parámetros fueron validados en base a la observación por medio de ensayo y error

en producción, complementándola con la opinión del personal operador que trabaja en los

respectivos equipos los cuales con su firma avalaron el correcto desempeño de los mismos y

sirven de referencia para que en caso de que ocurra algún inconveniente con las velocidades, se

tenga un soporte validado con el cual se comprobó que el equipo se desempeñó correctamente. El

cambio en las velocidades se habilitó desde el panel mencionado recién instalado, el cual al igual

que en el resto de los proyectos se corresponde con un panel Siemens TP177B se observa en la

figura 4.53:

120

Figura 4.53 Panel de control líneas transportadoras

4.3.5. Referencia al manual de operación

Al igual que en los proyectos antes mencionados se realizó un manual de operación del equipo

donde se pueden visualizar algunas de las pantallas del mismo con su respectiva explicación de

modo de operación, sin embargo para el caso de éste equipo por ser delicado el tema del cambio

de velocidad de los transportes, la operación queda reservada únicamente para el personal de

mantenimiento eléctrico, al cual se les impartió adiestramiento acerca del proyecto y el modo de

operación del panel instalado.

Figura 4.54 Anexo E-Manual de operación transportes de línea 2- Menú principal

121

Figura 4.55 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de

entrada

Figura 4.56 Anexo E-Manual de operación Transportes de línea 2- Transporte de

entrada

122

CAPÍTULO 5

PROYECTO 4- DESPALETIZADOR DE LÍNEA 1

El cuarto proyecto de automatización se realizó en el despaletizador perteneciente a

la línea de producción número 1.

5.1. Descripción de los equipos que conforman la línea 1

A continuación se describen todos los equipos que conforman la línea de producción

1 de la Planta Minalba, cuya disposición se puede observar en la figura 5.1:



El despaletizador es el equipo cuya función principal es la de incorporar los envases a la línea

de producción. En el caso del despaletizador de línea 1, el mismo se encarga además de enfilar

las botellas para que puedan ser enviadas a las vías aéreas debido a que en éste caso no existe una

posicionadora de botellas.

5.1.2. Jirafa:

La jirafa o transporte en descenso se encarga de tomar las botellas que vienen enfiladas del

despaletizador y enviarlas hacia los sopladores de botellas, se le dice transporte en descenso

debido a que la salida del despaletizador se encuentra por encima de las vías aéreas , por lo tanto

el transporte desciende las botellas enfiladas hacia las vías aéreas.

Proyecto 4 Despaletizador de línea 1

123

5.1.3. Vías aéreas:

Es el equipo encargado de transportar las botellas vacías y enviarlas a la entrada de la

llenadora, consta de 3 turbinas sopladoras que permiten el traslado rápido y eficiente de las

botellas vacías.

5.1.4. Llenadora

Se encarga de recibir las botellas de las vías aéreas para realizar un proceso de enjuagado que

permita lavar internamente la botella volteando la botella 90 grados y disparando una cantidad de

agua a gran presión dentro de cada una que permite lavar internamente la botella, una vez

realizado esto la botella retoma su posición original y es enviada a la llenadora que es donde la

botella se carga de agua para posteriormente ir a la tapadora, que como su nombre lo indica

coloca las tapas en las botellas llenas para así enviarlas al transporte de botellas llenas.

5.1.5. Transporte de botellas llenas:

Se encargan de trasladar las botellas envasadas desde la llenadora hacia la empaquetadora, en

donde además son codificadas cada una de las botellas.




seleccionada, para posteriormente enviar los paquetes por medio de cintas transportadoras a la

mesa de paletizado.

5.1.7. Mesa de Paletizado

La mesa de paletizado de línea 2 es similar en funcionamiento a la mencionada de línea 4,

tiene la característica de ser semiautomática, un operador es el encargado de ubicar en la paleta

cada paquete que sale del transportador, contando con un sistema elevador que le permite subir o

bajar la paleta para colocar la paleta de forma ordenada y que no genere daños desde el punto de

vista ergonómico para el operador. Una vez terminada la paleta, el montacargas se encarga de

trasladar la paleta hacia el depósito para que pueda ser llevada por los camiones de distribución.

5.2. Descripción del equipo:

Los equipos involucrados en el cuarto proyecto de automatización son controlados desde el

mismo tablero de control y por medio del mismo PLC. El proceso de envío de botellas a la

124

llenadora es particular de la línea 1 y se debe a que en vista de que no se cuenta con una

posicionadora de botellas, las mismas deben ser ordenadas y enfiladas, para enviar al transporte

en descenso, es por ello que es crítico el problema de la caída de botellas.

A continuación presentamos en la figura 5.2 una ayuda visual de la disposición de los

elementos que integran el proyecto en cuestión que permite visualizar de una forma más clara el

proceso mencionado.

Figura 5.2 Despaletizador de línea 1

El sistema consta de tres transportes de entrada, el Transporte 1 es donde se coloca la paleta

con producto por medio de un montacargas, del transporte 1 se traslada hacia el Transporte 2,

posteriormente abren las puertas del elevador y la paleta avanza hacia el Transporte 3, en donde

se detiene. A continuación podemos observar una vista frontal del equipo en la figura 5.3:

125

Figura 5.3 Despaletizador de línea 1- Transportes de entrada

Posteriormente cierran las puertas y el elevador sube la paleta hasta que es detenida por un

pistón palpador. El operador procede a retirar el marco superior de la paleta y se empieza el

barrido uno a uno de las camadas para enviar las botellas hacia las mallas transportadoras, las

cuales trasladan las botellas en forma ordenada y las envían al enfilador donde se alinean en una

sola columna para ser enviadas a la Jirafa.

Las botellas en fila descienden por la jirafa y se desplazan ordenadas hacia las vías aéreas. En

la figura 5.4 se puede observar el enfilamiento de las botellas:

Figura 5.4 Despaletizador de línea 1- Salida de botellas

El barrido de las botellas se realiza por medio de un carro barredor de camada cuyo

desempeño debe ser sumamente preciso debido a que es crítico la caída de botellas. El barredor

126

una vez que avanza completamente hacia adelante es detenido por unos sensor final de carrera, y

abre el brazo sujetador de camada para que de esa forma se incorporen las botellas a las mallas.

Se puede observar el carro barredor de camada en la figura 5.5:

Figura 5.5 Despaletizador de línea 1- Carro barredor de camada

Las cintas transportadoras encargadas de trasladar las botellas se controlan por dos motores

independientes y se denominan malla corta y malla larga, en donde por medio de una baranda

se van enfilando las botellas hasta enviarlas a otro transporte independiente conocido como

enfilador, que transporta las botellas en fila hacia un nuevo transporte conocido como curva; el

cual las envía hacia la jirafa.

En el transporte enfilador además existe un motor conocido como brazo agitador que mueve

constantemente la baranda de entrada de botellas al enfilador de forma tal de facilitar el

enfilamiento de las botellas y evitar la caída de las mismas.En las figuras 5.6 y 5.7 se puede

observar los elementos que conforman el despaletizador ya mencionados:

Figura 5.6 Despaletizador de línea 1- Mallas transportadoras de botellas

127

Figura 5.7 Despaletizador de línea 1- Enfilador de botellas

Las botellas que llegan al transporte en descenso se incorporan a las vías aéreas en donde se

envían hacía la llenadora. A continuación podemos observar el transporte en descenso desde la

parte superior en el despaletizador (figura 5.8) y desde la parte inferior a la entrada de las vías

aéreas:

Figura 5.8 Transporte en descenso o Jirafa

La paleta una vez vaciada desciende por el elevador hasta llegar abajo, luego de esto el tope

que impide el paso de paletas hacia el arrumador, baja y la paleta se desplaza hacia el arrumador

(figura 5.9) en donde es acumulada con un sistema de elevación, en espera de ser retiradas por el

montacargas.

128

Figura 5.9 Despaletizador de línea 1- Arrumador de paletas

El procedimiento anterior puede resumirse en una serie de pasos que son presentados a

continuación pertenecientes al anexo G del informe y que se ilustran en las figuras 5.10-5.19:


Paso 1

129


Paso 2


Paso 3


Paso 4

130


Paso 5


Paso 5


Paso 6

131


Paso 7


Paso 8

Figura 5.19 Anexo G-Procedimiento de despaletizador de línea 1- Paso 9

132

Los diagramas anteriores permiten observar de una forma más detallada el proceso de

funcionamiento del despaletizador, el cual no debía ser modificado en el proyecto, por lo tanto es

importante su estudio para poder migrar el funcionamiento a las nuevas modificaciones.

5.3. Descripción del problema

El proyecto surge de la necesidad de automatizar completamente el proceso del

despaletizador, debido a que actualmente el proceso automático del equipo se iniciaba cuando el

operador por medio de la manipulación manual de los elementos del equipo, introducía la paleta

con producto en el elevador, para posteriormente iniciar el proceso automático. Es decir que los

pasos 2 y 3 mencionados anteriormente se ejecutaban manualmente por el operador desde el

panel de control existente.

Por lo tanto uno de los objetivos del proyecto sería la automatización completa del equipo.

Además se tenía que el tablero de control resultaba sumamente obsoleto debido a que representa

uno de los equipos más antiguos existentes en la planta, el cual era controlado por un PLC marca

Allen Bradley que permitía el funcionamiento mencionado anteriormente. Además poseía

también un panel también Allen Bradley desde donde se podían controlar todos los elementos

del equipo.

En busca de una estandarización en cuanto a proveedor de PLC, se planteó sustituir el PLC

actual por un PLC S7 marca Siemens similar a los utilizados en los proyectos anteriores y

presentes en la planta. El tablero de control como se mencionó anteriormente estaba obsoleto, y

en el cual se podía observar claramente la desorganización de las conexiones que dificultaban

enormemente el trabajo del personal electricista, ya que el equipo además no poseía un plano

eléctrico de las conexiones.

A continuación podemos observar en las figuras 5.20-5.23 algunas imágenes del tablero de

control que incluye a los equipos despaletizador, Jirafa y vías aéreas de botellas. Claramente se

puede observar la desorganización de los componentes, que indicaban la necesidad de una

reestructuración completa, en búsqueda de añadirle vida útil al equipo:

133

Figura 5.20 Tablero eléctrico anterior Despaletizador de línea 1

Figura 5.21 Tablero de control anterior Despaletizador de línea 1

134



Se puede observar además de la desorganización de los componentes, también los variadores

de frecuencia Danfoos 5000 (también obsoletos) además de poseer un sistema de protección

ineficiente en donde los motores controlados poseían un contactor, de forma que con la

instalación de nuevos variadores de frecuencia se podría plantear la seguridad de los motores sin

necesidad de utilizar un contactor.

Por otra parte se puede observar una serie de relés que podrían ser eliminados en la

reestructuración del control, por lo tanto son varios los elementos que podrían ser eliminados

mediante el nuevo control.

135

Otra de las modificaciones planteadas era la sustitución del panel Allen Bradley, el cual se

debe no solo por la búsqueda de estandarizar el fabricante, sino que además poseía una

complejidad de operación bastante alta, que debía ser simplificada en el nuevo control. En la

figura 5.24 se observa el panel Allen Bradley mencionado:

Figura 5.24 Panel Allen Bradlley

Otro de los problemas consistía en la canalización del cableado de manera deficiente y

desordenada, que debía ser mejorada, ya que imposibilitaba cualquier intervención en el equipo.

A continuación se muestran algunas imágenes que ilustran lo anteriormente mencionado (figura

5.25 y 5.26):

Figura 5.25 Cableado del equipo antes de las modificaciones

136

Figura 5.26 Cableado del equipo antes de las modificaciones

5.4. Planteamiento del proyecto

Se planteó entonces actualizar el automatismo de operación del equipo, además de

reestructurar todo el tablero eléctrico para lo cual se debió en principio estudiar el sistema de

control actual tomando el software del PLC Allen Bradley y estudiando cada entrada y salida de

forma tal de filtrar únicamente los elementos necesarios en el nuevo control y verificar que

elementos debían ser instalados.

Debido a que el proceso automático iniciaba cuando la paleta con producto ingresaba en el

elevador, solo restaba automatizar el proceso anterior que permitía llegar a este paso. Es por esto

que en principio se planteó la ubicación de unos sensores en los transportes que detectaran las

paletas con producto en el mismo para que de esa forma el PLC tuviera la información necesaria

para arrancar el proceso automático. Por lo tanto se instaló un sensor fotoeléctrico reflectivo en

cada transporte de entrada el cual podemos observar a continuación en la figura 5.27:

137

Figura 5.27 Sensor detector de paleta con producto en transporte 1

Además el proceso involucra la apertura y cierre de las puertas, la cual también se hacía en

forma manual desde el panel de control, por lo tanto se instalaron sensores magnéticos, dos en

cada puerta que indicaran al PLC cuando las puertas se encontraban abiertas (figura 5.28).

Figura 5.28 Sensores de puerta abierta/cerrada

Otra de las mejoras fue la instalación de un encoder en el motor del elevador que permitiera

leer el número de vueltas de dicho motor, y en base a esto enviarle la información al PLC para

que se pudieran plantear en la programación unos cambios de velocidad en el ascenso y descenso

del elevador.

138

Al sustituir el PLC Allen Bradley que poseía entradas y salidas de 110 Voltios AC, por un

PLC Siemens S7 de 24Vdc se debía estudiar todos los sensores que iban a ser desincorporados

para determinar si contaban con la versatilidad de también poder trabajar con 24 Vdc. En su

mayoría los sensores eran 110Vac y además 24Vdc por lo tanto únicamente se tuvieron que

sustituir únicamente 2 sensores.

También debido a que se debió reestructurar todas las tuberías, se realizó el cableado por

completo desde las entradas y salidas hacia el tablero, para lo cual fue crítico cumplir con la

identificación utilizada en el plano eléctrico realizado, de forma tal de no presentar

inconvenientes al momento de realizar las conexiones en el nuevo tablero de control.

Otro de los aspectos importantes fue el levantamiento de la información de todos los motores

involucrados en el sistema, para respetar sus características nominales de voltaje, corriente y

potencia, además de elegir las protecciones de los guardamotores dentro de los rangos

requeridos. En base a esto tenemos que los motores involucrados en el proyecto y para los cuales

se realizó el levantamiento de información mencionado son los siguientes: Motor transporte

cadena 1, motor transporte cadena 2, motor transporte cadena 3 en el elevador, motor del

elevador, motor del transporte 4 o transporte del arrumador, motor del carro barredor, motor de

malla corta, motor de malla larga, motor del enfilador, motor de la curva, motor del brazo

agitador, motor de la jirafa, y los 3 motores de los sopladores de las vías aéreas.

5.5. Planos eléctricos.

Para la realización de los planos se empezó a estudiar el diseño del tablero de control anterior.

Sin embargo en virtud de que se iba a reestructurar completamente el tablero, se diseñaron los

planos tomando en cuenta los elementos que iban a quedar en el nuevo control. Por lo tanto al

igual que en los proyectos anteriores se realizaron los planos según la misma normativa,

buscando estandarizarlos y permitir una fácil manipulación por parte de los electricistas. A

continuación se presentan los diagramas de control y fuerza dibujados en la etapa de potencia,

con la conexión de todos los motores correspondientes:

La figura 5.29 representa la etapa de potencia del tablero de control, en donde se establecen las

protecciones por medio de breakers, un transformador de 480 Vac a 110 Vac para posteriormente

por medio de una fuente Sitop Siemens convertir el 110 Vac en 24Vdc necesario para alimentar

el PLC instalado y todas las tarjetas de entradas y salidas, así como los sensores y electroválvulas

involucradas en el equipo. LAS

139

Figura 5.29 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Tablero de control

y fuerza

En las figuras 5.30, 5.31 y 5.32 podemos observar la conexión de los 3 transportes de entrada

del equipo, en donde se utiliza un guardamotor conectado a la línea principal que protege dentro

de los rangos nominales de corriente del motor, luego se utilizan dos contactores para la inversión

de giro de los motores en donde se invierten dos fases para lograr que los transportes puedan ser

controlados operándolos hacia adelanta y hacia atrás

140

Figura 5.30 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor transporte

1


141

2


3

En las figuras 5.33, 5.34, 5.35, 5.36, 5.37, 5.38 se visualizan las conexiones de los motores

controlados por variadores de frecuencia, con un guardamotor conectado a la línea principal que

se conecta al variador de frecuencia. La comunicación se realiza por medio de una red Profibus

con el PLC instalado, donde se puede observar la dirección Profibus asignada, y protegidos

cumpliendo con las condiciones de seguridad de los variadores de frecuencia.

142

Figura 5.33 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 1

y Motor soplador 2

Figura 5.34 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor soplador 3

y Motor brazo agitador

143


curva y Motor Malla Larga

Figura 5.36 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Malla

Corta y Motor Barredor

144


transporte y Motor Transporte 4

Figura 5.38 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Motor Jirafa y

Motor Elevador

145

También se dibujó en el plano todas las tarjetas de entradas y salidas del PLC Siemens S7

instalado, con la respectiva información acerca del tipo de entrada o salida, acorde con la

normativa mencionada de forma tal que se pudiera tener acceso a la función por medio de una

descripción breve de la entrada o salida, la dirección en el PLC y el tipo de entrada o salida. A

continuación se presentan los planos de las tarjetas del PLC Siemens S7. La nomenclatura

utilizada para identificar las entradas y salidas, es similar a la del Carbo-Cooler, mediante 4

dígitos, donde los dos primeros representan la página en el diagrama eléctrico, y los dos

siguientes el número de entrada o salida.

Las Entradas digitales se presentan en las figuras 5.39-5.44, donde se puede observar el tipo de

entrada de acuerdo al símbolo utilizado de acuerdo a la norma IEC, además también se presentan

las salidas digitales en las figuras 5.45-5.48:

Figura 5.39 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Entradas digitales

146



147



148


Figura 5.45 Anexo H-Esquema eléctrico Despaletizador de línea 1- Salidas digitales

149



150


5.6. Tablero de control

Una vez levantada la información necesaria para la procura de todos los componentes, se

planteó el diseño del nuevo tablero de control con la ubicación de todos los componentes

eléctricos, de forma tal de direccionar al personal electricista en el momento de la puesta en

marcha del proyecto, y no generar retrasos por falta de planificación anticipada. En principio

tenemos que el PLC S7 es alimentado con 24 Vdc, es por esto que se debe utilizar un

transformador en principio que convierta el voltaje de la línea de 480 Vac en 110 Vac, para luego

conectar una fuente de 110 Vac a 24 Vdc de la misma marca Siemens.

En la figura 5.49 se puede observar el diseño del nuevo tablero de control, donde se ubican

todos los elementos con su respectiva identificación correspondiente según el plano eléctrico

realizado que permiten suministrar una ayuda adicional en el momento de alguna intervención del

equipo:

151

Figura 5.49 Diseño de tablero del Despaletizador de línea 1

Después de este trabajo se inició la puesta en marcha del proyecto, desmontando por completo

el tablero eléctrico anterior, e iniciando la instalación del nuevo control a ser utilizado. A

continuación se muestran algunas imágenes (figuras 5.50-5.53) correspondientes al nuevo tablero

de control instalado, en donde se puede diferenciar claramente la mejora en términos de orden

que permita una rápida intervención del equipo en caso de alguna eventualidad:

152

Figura 5.50 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1

A continuación presentamos ayudas visuales que permiten identificar todos los componentes

instalados en el tablero.

Figura 5.51 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes

153

Figura 5.52 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Componentes

Figura 5.53 Tablero eléctrico Despaletizador de línea 1- Bornera de conexiones

Como se mencionó anteriormente también se sustituyó el panel de control del equipo, por un

Siemens TP177B al igual que en el resto de proyectos anteriores. En la figura 5.54 podemos

observar el panel instalado:

154

Figura 5.54 Panel TP177B en Despaletizador de línea 1 instalado

Con la ayuda de un personal contratado se realizó la programación del nuevo proceso

automatizado del equipo. Se suministró toda la información necesaria levantada previamente, de

forma tal que pudieran plantear la modificación realizada en virtud de los sensores que se

instalaron y del encoder colocado en el elevador.

5.7. Resultados:

Una vez culminada la instalación y la puesta en marcha del proyecto se procedió a estudiar el

comportamiento del equipo en producción, para ajustar los parámetros más relevantes dispuestos

en el panel. En principio se trabajó con el encoder del elevador, de forma tal de conocer el

número de pulsos requerido para ejecutar cualquier operación. Entre las funciones más

importantes realizadas con la información del encoder, se tienen los cambios de velocidad que

experimenta el elevador, se planteó que el elevador debía subir en velocidad alta, y cuando

llegara a un 70 % de su recorrido (conocido por el número de pulsos del encoder) debía cambiar a

velocidad baja, para tener mayor precisión en el barrido de las camadas.

Otro de los parámetros a levantar fue el de retiro del marco, que es cuando la paleta llega a la

parte superior y debe detenerse para que el operador pueda retirar el marco, además de la altura

de la botella en pulsos de encoder con el cual se va realizando el barrido de cada camada,

sumando la altura de la botella en cada paso para barrer satisfactoriamente todas las camadas.

155

En cuanto a la parte de velocidades también fue fundamental realizar el levantamiento de estos

parámetros debido a que, como ya se mencionó anteriormente, en el despaletizador de línea 1 es

crítico el tema de botellas caídas, por lo tanto se levantaron los parámetros de velocidad de cada

motor involucrado en el proceso, con un variador de frecuencia asociado; para lograr optimizar el

proceso productivo. A continuación presentamos los parámetros mencionados (Tabla 5.1) y que

van a servir de referencia base para cualquier intervención en el equipo.

Tabla5.1 Parámetros consolidados del despaletizador de línea 1

5.8. Referencia al manual de operación del equipo:

Al igual que en los proyectos anteriores y cumpliendo con uno de los objetivos fundamentales

de la pasantía se realizó el manual de operación del equipo con el cual además se impartieron los

adiestramientos correspondientes para instruir al personal operador acerca del nuevo control, de

forma tal que se pudiera aceptar la modificación sin que esto representara un problema para ellos,

sino que por el contrario simplificara sus labores de operación. A continuación se presentan

algunas imágenes (figuras 5.55-5.58) de referencia del manual de operación pertenecientes al

156

anexo I del informe:

Figura 5.55 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Menú Principal

Figura 5.56 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Funciones

manuales

157

Figura 5.57 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Cambio de

formato

Figura 5.58 Anexo I-Manual de operación Despaletizador de línea 1- Secuencia

158

CONCLUSIONES

Los proyectos de automatización planificados, ejecutados y culminados en la Planta Pepsi

Cola Venezuela C.A de San Pedro de los Altos, se cumplieron de manera exitosa, superando

ampliamente los objetivos planteados inicialmente.

La evaluación inicial permite proyectar aumentos en cifras de productividad, para el caso del

proyecto del paletizador, disminuyendo además el índice de fallas del equipo. Se logró

incrementar la vida útil del Carbo-Cooler y despaletizador mediante la actualización del sistema

de control facilitando la operación por parte del personal. En el proyecto de modulación de

velocidades de los transportes se logró disminuir el número de paradas de la línea, incrementando

también la productividad y además evitando la caída de botellas.

Se realizó la validación de los parámetros funcionamiento de cada equipo, que sirven para

restablecer las condiciones óptimas luego de cualquier intervención en mismo. Se actualizaron

además todos los manuales de operación involucrados en los proyectos, permitiendo instruir al

personal de la planta, mediante la realización de adiestramientos, de forma tal que las

modificaciones no representaran un inconveniente para ellos, sino que por el contrario

simplificara sus labores diarias.

159

REFERENCIAS

[1] “Manual Teórico Práctico Instalaciones Eléctricas en Baja Tensión”, Documento

electrónico consultado en http://www.schneiderelectric.es/documents/local/products/ Agosto,

2010.

[2] Manual de funcionamiento VLT. Automation Drive FC300.

[3] Pulido M.Á. Controladores Lógicos Programables, Marcombo, 2004

[4] Manual Simatic S7 300 Siemens

[5] Documento electrónico consultado en http://www.profesormolina.com.ar/

[6] Villaronga, M. Hidráulica plus electrónica: El mundo de la potencia controlada,

Vickers, 1992.

[7] Manual del Panel TP 177A, TP 177B (WinCC flexible), Siemens Simatic HMI.

[8] Documento electrónico consultado en http://www.empresas-polar.com.ve

160

ANEXOS

Los anexos del informe serán presentados a través de un CD que contendrá los siguientes

aspectos:

-Anexo A: Proceso de activación de las válvulas en procedimiento CIP del Carbo-cooler.

-Anexo B: Plano eléctrico del Carbo-cooler

-Anexo C: Manual de operación del Carbo-cooler.

-Anexo D: Plano eléctrico del Paletizador de línea 2, únicamente las modificaciones.

-Anexo E: Manual de operación del Paletizador de línea 2.

-Anexo F: Manual de operación de las líneas transportadoras de envases y paquetes.

-Anexo G: Procedimiento de funcionamiento del despaletizador de línea 1.

-Anexo H: Plano eléctrico del despaletizador de línea 1.

-Anexo I: Manual de operación del despaletizador de línea 1.

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