Control Automático de la producción de azúcar

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Control Automático de la producción de azúcar Daniel Rivera Ríos (driverar1@eafit.edu.co), Sebastián Osorio Hurtado (sosori22@eafit.edu.co) y Tatiana Vanessa Patiño Collantes (tpatino@eafit.edu.co) I. INTRODUCCIÓN La industria azucarera ha sido una de las más importantes en cuanto al desarrollo económico y social del país. Este trabajo se ha realizado con el fin de conocer el proceso productivo del azúcar ejecutado dentro de un ingenio azucarero ubicado en el departamento de Antioquia, el cual utiliza como materia prima la caña de azúcar, y aplicar todos los conocimientos adquiridos durante el curso de Control Automático de Procesos para el modelamiento de este. El proceso industrial llevado a cabo para la fabricación del azúcar se realiza a través de varias etapas que permiten transformar el jugo de la caña de azúcar extraído en la molienda, pasando por la clarificación, evaporación y cristalización, en finos cristales y depurarlos para eliminar todo rastro de impurezas que pudieran afectar negativamente el producto final. El ingenio azucarero posee una capacidad de producción instalada de 500 toneladas de azúcar por día con el fin satisfacer la demanda de los cerca de 6 millones de habitantes del departamento de Antioquia. El rendimiento de la extracción de jugo de la caña de azúcar durante el proceso de molienda es uno de los factores determinantes de la rentabilidad de un ingenio azucarero. Este proceso se ejecuta con una serie de molinos que separan el jugo de la fibra de la caña; para maximizar su extracción a una tasa de molienda especificada, es necesario controlar la velocidad de los accionadores y el nivel de la tolva de alimentación. A. Objetivo general 1) Identificar aquellas variables físicas y químicas que intervienen en el proceso de molienda que permite la extracción del jugo de la caña de azúcar con el fin de automatizar el proceso de elaboración de azúcar dentro del ingenio azucarero. B. Objetivos específicos 1) Examinar las variables que afectan la eficiencia del proceso de molienda como lo son la velocidad del motor de la banda transportadora de caña, el peso de la caña, el nivel de la tolva de alimentación. 2) Implementar los conocimientos adquiridos durante el curso para proponer un método de automatización del proceso de molienda que permita mejorarlo y ejecutarlos de manera más eficiente. En el presente trabajo se pretende automatizar el proceso de molienda llevado a cabo dentro del ingenio azucarero por medio de un sistema de control que está concebido por un controlador lógico programable (PLC) que es el encargado de recibir todas las señales del campo, transmisores y actuadores. Esto con el fin de mejorar la tasa de extracción de jugo de la caña de azúcar y así obtener mejores rendimientos en la producción del azúcar. El trabajo está organizado de la siguiente manera. En la sección 2 se realiza una descripción del proceso productivo y cada uno de los subprocesos que intervienen en la fabricación del azúcar, se presenta el diagrama de flujo y el layout del ingenio azucarero. En la sección 3 se muestra un diagrama tipo SCADA con los sensores y actuadores de todo el proceso productivo, se explica el número de PLC seleccionados y un gráfico para mostrar la cantidad y los tipos de actuadores, sensores, PLC y sistemas de adquisición que se usan en la empresa. En la sección 4 se describe el protocolo y la MEF asociada a cada subproceso. En la sección 5 se habla acerca de la implementación de cada MEF en el PLC, se explica en que proyecto se encuentra programado cada MEF y se muestra la Interfaz Hombre Máquina (IHM) que será usada para la supervisión del proceso. Finalmente se presentan las conclusiones, referencias y anexos con los datos técnicos de los sensores, actuadores, PLC y sistemas de adquisición a utilizar. II. PROCESO PRODUCTIVO El proceso productivo comienza con la molienda de la caña en el trapiche, donde a través de sucesivos prensados y con el agregado de agua de imbibición se separan dos productos. Por un lado, se obtiene el jugo que contiene el azúcar (sacarosa) a recuperar en el proceso, y por otro lado el bagazo, que es la parte fibrosa de la caña. El jugo, previamente filtrado para eliminar los sólidos gruesos, se somete a un tratamiento de clarificación para eliminar las sustancias que interfieren en la cristalización de la sacarosa. El jugo clarificado se concentra por evaporación para obtener el melado, una solución principalmente de sacarosa. El melado pasa a la sección de cocimientos donde se produce la cristalización del azúcar y su separación de las mieles madres. En este sistema, la cristalización se produce en una serie de tres tachos de cocimiento donde se efectúan cristalizaciones sucesivas de las mieles. Con la ayuda de centrífugas se va retirando el azúcar cristalizado de cada tacho. El azúcar húmedo obtenido de la primera centrífuga se pasa por equipos de secado rotatorios para obtener el

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Control Automático de la producción de azúcar

Daniel Rivera Ríos ([email protected]), Sebastián Osorio Hurtado ([email protected])y Tatiana Vanessa Patiño Collantes ([email protected])

I. INTRODUCCIÓN

La industria azucarera ha sido una de las más importantesen cuanto al desarrollo económico y social del país. Estetrabajo se ha realizado con el fin de conocer el procesoproductivo del azúcar ejecutado dentro de un ingenioazucarero ubicado en el departamento de Antioquia, el cualutiliza como materia prima la caña de azúcar, y aplicartodos los conocimientos adquiridos durante el curso deControl Automático de Procesos para el modelamiento deeste.

El proceso industrial llevado a cabo para la fabricacióndel azúcar se realiza a través de varias etapas que permitentransformar el jugo de la caña de azúcar extraído en lamolienda, pasando por la clarificación, evaporación ycristalización, en finos cristales y depurarlos para eliminartodo rastro de impurezas que pudieran afectar negativamenteel producto final. El ingenio azucarero posee una capacidadde producción instalada de 500 toneladas de azúcar por díacon el fin satisfacer la demanda de los cerca de 6 millonesde habitantes del departamento de Antioquia.

El rendimiento de la extracción de jugo de la caña deazúcar durante el proceso de molienda es uno de los factoresdeterminantes de la rentabilidad de un ingenio azucarero.Este proceso se ejecuta con una serie de molinos que separanel jugo de la fibra de la caña; para maximizar su extraccióna una tasa de molienda especificada, es necesario controlarla velocidad de los accionadores y el nivel de la tolva dealimentación.

A. Objetivo general

1) Identificar aquellas variables físicas y químicas queintervienen en el proceso de molienda que permite laextracción del jugo de la caña de azúcar con el fin deautomatizar el proceso de elaboración de azúcar dentrodel ingenio azucarero.

B. Objetivos específicos

1) Examinar las variables que afectan la eficiencia delproceso de molienda como lo son la velocidad delmotor de la banda transportadora de caña, el peso dela caña, el nivel de la tolva de alimentación.

2) Implementar los conocimientos adquiridos durante elcurso para proponer un método de automatizacióndel proceso de molienda que permita mejorarlo yejecutarlos de manera más eficiente.

En el presente trabajo se pretende automatizar el procesode molienda llevado a cabo dentro del ingenio azucarero pormedio de un sistema de control que está concebido por uncontrolador lógico programable (PLC) que es el encargadode recibir todas las señales del campo, transmisores yactuadores. Esto con el fin de mejorar la tasa de extracciónde jugo de la caña de azúcar y así obtener mejoresrendimientos en la producción del azúcar.

El trabajo está organizado de la siguiente manera. En lasección 2 se realiza una descripción del proceso productivo ycada uno de los subprocesos que intervienen en la fabricacióndel azúcar, se presenta el diagrama de flujo y el layout delingenio azucarero. En la sección 3 se muestra un diagramatipo SCADA con los sensores y actuadores de todo el procesoproductivo, se explica el número de PLC seleccionados y ungráfico para mostrar la cantidad y los tipos de actuadores,sensores, PLC y sistemas de adquisición que se usan en laempresa. En la sección 4 se describe el protocolo y la MEFasociada a cada subproceso. En la sección 5 se habla acercade la implementación de cada MEF en el PLC, se explicaen que proyecto se encuentra programado cada MEF y semuestra la Interfaz Hombre Máquina (IHM) que será usadapara la supervisión del proceso. Finalmente se presentan lasconclusiones, referencias y anexos con los datos técnicos delos sensores, actuadores, PLC y sistemas de adquisición autilizar.

II. PROCESO PRODUCTIVO

El proceso productivo comienza con la molienda de lacaña en el trapiche, donde a través de sucesivos prensadosy con el agregado de agua de imbibición se separan dosproductos. Por un lado, se obtiene el jugo que contieneel azúcar (sacarosa) a recuperar en el proceso, y por otrolado el bagazo, que es la parte fibrosa de la caña. El jugo,previamente filtrado para eliminar los sólidos gruesos, sesomete a un tratamiento de clarificación para eliminar lassustancias que interfieren en la cristalización de la sacarosa.El jugo clarificado se concentra por evaporación para obtenerel melado, una solución principalmente de sacarosa. Elmelado pasa a la sección de cocimientos donde se producela cristalización del azúcar y su separación de las mielesmadres. En este sistema, la cristalización se produce enuna serie de tres tachos de cocimiento donde se efectúancristalizaciones sucesivas de las mieles. Con la ayuda decentrífugas se va retirando el azúcar cristalizado de cadatacho. El azúcar húmedo obtenido de la primera centrífugase pasa por equipos de secado rotatorios para obtener el

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azúcar morena. El resto de la azúcar pasa por un proceso derefinamiento para obtener el azúcar blanco de alta pureza.Ambos se envasan en distintas presentaciones y pasan a labodega donde se almacenan hasta su disposición final.

Fig. 1. Diagrama de flujo de materia del proceso productivo del azúcar

A. Subprocesos

1) Molienda: La caña se recibe en el patio y se conducepor medio de transportadores hacia un desfibrador pesadode alimentación horizontal y facilitar así el proceso deextracción de jugo en los molinos; en esta etapa, utilizandola presión ejercida por las mazas o rodillos dentados, se lograla extracción del jugo de la caña. Para mejorar la eficienciade este proceso, se adiciona agua al bagazo que va hacia elúltimo molino, este proceso se conoce como imbibición.

Fig. 2. Diagrama del proceso de molienda de la caña de azúcar

2) Calentamiento y Clarificación: El jugo, previo filtradopara eliminar los sólidos gruesos, se somete a un tratamientofisicoquímico conocido como clarificación a través de lossiguientes procesos: sulfitación, encalado, calentamiento ydecantación. Durante la sulfitación se agrega dióxido deazufre al jugo; durante el encalado se neutraliza el jugo

sulfitado agregando lechada de cal y durante el calentamientose eleva la temperatura del jugo para insolubilizar las sales decalcio formadas y disminuir la viscosidad del jugo facilitandola separación de los sólidos por decantación.

Fig. 3. Diagrama del proceso de calentamiento y clarificación del jugo decaña de azúcar

3) Evaporación: El jugo clarificado se bombea a unsistema de evaporación de quíntuple efecto para eliminarleparte del agua que contiene. Por medio de vapor y el vacío,los evaporadores concentran el jugo desde 15 a 68 – 70 Brix,dando como resultado la meladura o jarabe.

Fig. 4. Diagrama del proceso de evaporación del jugo de la caña azúcar

4) Cristalización y Centrifugación: Para la cristalizaciónde la sacarosa se utiliza un sistema de tres templas A, B, C.Las templas de masa A se elaboran en tachos batch y las deB y C en tachos continuos. En la primera etapa la meladurase pone en contacto con núcleos de azúcar (grano pequeñode azúcar) bajo condiciones controladas de temperatura yBrix. Tales núcleos se alimentan de la sacarosa que contienela meladura, creciendo hasta el tamaño deseado del azúcara producir. Debido a que los granos de azúcar se encuentraninmersos en el material líquido de la meladura que no secristalizó, se envía hacia las centrífugas para separarlos,obteniendo el azúcar comercial y la melaza.

Fig. 5. Diagrama del proceso de cristalización y centrifugación del jugode la caña azúcar

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5) Secado: El azúcar producido sale con una humedadmenor al 1% y se debe secar antes de envasarlo, para talfin, se hace pasar por secadoras rotatorias en las que seponen en contacto en contracorriente el azúcar húmedo yaire seco, para disminuir el contenido de humedad del azúcar.

Fig. 6. Diagrama del proceso de secado del azúcar

6) Envasado y almacenamiento: El azúcar seco y frío selleva a tolvas que alimentan a las envasadoras de azúcar enlas diferentes presentaciones con que se surten los mercadosnacional e internacional. Una vez envasado el azúcar se llevaa las bodegas de producto terminado donde se almacena y/ose carga en vehículos para su distribución.

Fig. 7. Diagrama del envase del azúcar

7) Refinería: Proceso de producción de azúcar de altapureza a partir de azucares blancos mediante la utilizaciónde procesos de clarificación y filtración de mayor eficiencia.

Fig. 8. Diagrama de la refinería del azúcar

La ubicación de las máquinas dentro del ingenio azucareroobedece a una configuración mayormente lineal. Es por estarazón que las equipos están conectados uno tras otro hasta elproceso de centrifugación, donde se desprenden dos lineasde producción paralelas para la producción de dos tipos deazúcar diferentes, azúcar morena y azúcar refinada, como sepuede observar en la figura 9. Las áreas más grandes dentrodel ingenio son las de molienda, centrifugación y refineríadel azúcar debido a que requieren de múltiples equipos parallevar a cabo dichos procesos. Las demás áreas solo requierende un equipo por lo que se ubican en espacios más reducidosy se distribuyen estratégicamente para optimizar el espaciodentro de la fábrica.

Fig. 9. Layout del ingenio azucarero

III. INSTRUMENTACIÓN

Para controlar y supervisar el proceso de produccióndel azúcar dentro del ingenio Se emplea un SCADA (Su-pervisión, Control y Adquisición de Datos) como el quese muestra en la figura 10. Este facilita la realimentaciónen tiempo real con los dispositivos de campo (sensores yactuadores) y permite su gestión e intervención.

Fig. 10. SCADA del ingenio azucarero

A continuación se presenta la tabla 1 donde la primeracolumna muestra la variable física del sensor, la segundacolumna se refiere al nombre con el que es referenciado enlas MEF, la tercera se refiere al PLC (Controlador Lógicoprogramable) al que está conectado, la cuarta, la entradadel PLC al que se conecta y la última columna se refiere alanexo donde se encuentra la información técnica o datasheetdel dispositivo.

En la tabla 2, la primera columna muestra el actuador,la segunda columna se refiere al nombre con el que esreferenciado en las MEF, la tercera se refiere al PLC alque está conectado, la cuarta, la entrada del PLC al que seconecta y la última columna se refiere al anexo donde seencuentra la información técnica o datasheet del dispositivo

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TABLE I

SENSORES UTILIZADOS EN EL PROCESO PRODUCTIVO DEL AZÚCAR

TABLE II

ACTUADORES UTILIZADOS EN EL PROCESO PRODUCTIVO DEL AZÚCAR

Para el control del ingenio azucarero se seleccionaron 5PLC marca Mitsubishi para tener mayor a facilidad a la

hora de controlar cada uno de los procesos que se ejecutandentro de las instalaciones.

• El PLC #1 es un FX3G-14MR/DS implementado parael control de los procesos de Molienda, Calentamientoy Clarificación. Posee integradas 8 entradas y 6 salidasde las cuales se utilizan 4 y 6 respectivamente.

• El PLC #2 también es un FX3G-14MR/DSimplementado para el control de los procesos deEvaporación y Cristalización. En este caso se utilizan8 entradas y 4 salidas.

• El PLC #3 es un FX3G-24MR/DS implementadopara el control de los Tachos y las centrífugas. Poseeintegradas 14 entradas y 10 salidas de las cuales seutilizan 11 y 7 respectivamente.

• El PLC #4 es un FX3G-14MR/DS implementado parael control de los procesos de Secado y Envase delazúcar morena. Posee integradas 8 entradas y 6 salidasde las cuales se utilizan 5 y 4 respectivamente.

• De la misma manera, el PLC #5 es un FX3G-14MR/DS implementado para el control de losprocesos de Refinamiento y Envase del azúcar refinada.Posee integradas 8 entradas y 6 salidas de las cualesse utilizan 4 y 3 respectivamente.

Para los sensores de Peso, Temperatura, Grados Brix,Presión de vapor y Humedad se necesitan sistemas deadquisición ADC (Convertidor Analógico - Digital) ya quepresentan señales continuas. Por otro lado, los actuadoresno necesitan de los sistemas DAC (Convertidor Digital -Analógico) ya que no presentan señales continuas.

A continuación se presentan las figuras 11, 12, 13 y 14las cuales muestran distintos gráficos de torta en los quese puede observar fácilmente la cantidad y los tipos desensores, actuadores, PLC y ADC, respectivamente que seutilizan en el ingenio azucarero para automatizarlo.

Fig. 11. Cantidad y tipos de sensores utilizados en el ingenio azucarero

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Fig. 12. Cantidad y tipos de actuadores utilizados en el ingenio azucarero

Fig. 13. Cantidad y tipos de PLC utilizados en el ingenio azucarero

Fig. 14. Cantidad y tipos de ADC utilizados en el ingenio azucarero

IV. PROTOCOLO

A. Molienda

1) La caña de azúcar se recibe en el patio del ingenio y secoloca sobre una banda transportadora que la conduciráhacia la tolva de alimentación para los molinos.

2) Se enciende la banda transportadora con una señal deStartm.

3) Si se detecta caña Pcaña sobre la banda transportadora,el motor Mecaña gira.

4) Si se detecta caña en la tolva sobre un nivel mínimoNcaña, el motor Me1 de los molinos gira.

5) Si no hay suficiente caña en la tolva de alimentación,el motor Me1 de los molinos para

6) Este proceso se repite indefinidamente hasta que nose detecte más caña sobre la banda transportadora, oque alguno de los motores se apague.

Fig. 15. MEF #1

B. Calentamiento y Clarificación

1) Se abre la válvula de entrada Val1 del calentador parallenar el tanque con el jugo de caña proveniente de lamolienda.

2) Cuando se detecta que el tanque está lleno hasta unnivel Nivel, la válvula de entrada Val1 del calentadorse cierra y se enciende la resistencia Res

3) Cuando el jugo alcanza la temperatura adecuada, unsensor envía una señal Tcal

4) La resistencia Res se apaga y se abre la válvula Valf

para ingresar el floculante al tanque para mezclarlo conel jugo.

5) Luego de un tiempo de mezclado, la válvula Valf secierra y se abre la válvula de salida Val3 para vaciarel tanque.

Fig. 16. MEF #2

C. Evaporación

1) Se enciende el tanque evaporador con una señal deStarte.

2) El tanque se empieza a llenar con el jugo de cañaproveniente del proceso de calentamiento y clarifi-cación.

3) Cuando se detecta que el tanque está lleno hasta unnivel Nev, se empiezan a regular las condiciones degrados brix, temperatura y presión dentro del tanquepara iniciar la evaporación.

4) Si los grados brix Gb1, la temperatura Teva y lapresión Peva están estables, se enciende el condensadorCond1.

5) Luego de un tiempo de evaporación, el condensadorCond1 se apaga y se abre la válvula de salida Val4

para vaciar el tanque.6) Si alguna de las condiciones, grados brix Cb1, temper-

atura Teva o presión Peva no están estables el procesose detiene.

7) El proceso termina si se apaga el evaporador o no sedetecta el nivel adecuado dentro del tanque.

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Fig. 17. MEF #3

D. Cristalización

El siguiente protocolo también aplica para el tacho batchy los dos tachos continuos, que en la descripción del procesoproductivo se describen como un sistema de tres templas.

1) Se enciende el tanque cristalizador con una señal deStartc.

2) El tanque se empieza a llenar con la meladura prove-niente del proceso de evaporación.

3) Cuando se detecta que el tanque está lleno hasta unnivel Ncr, se abre la válvula Valsem para ingresar lasemilla que permitirá cristalizar el líquido.

4) Si los grados brix Gb2, la temperatura Tcr y la presiónPcr están estables, se enciende el condensador Cond2.

5) Si alguna de las condiciones, grados brix Cb1, temper-atura Teva o presión Peva no están estables el procesose detiene.

6) El proceso termina si se apaga el cristalizador o no sedetecta el nivel adecuado dentro del tanque.

Fig. 18. MEF #4

Fig. 19. MEF #5

Fig. 20. MEF #6

E. Centrifugación

En este proceso se utilizan tres centrífugas las cualesrealizan el mismo trabajo, lo único que varía es la cantidadde masa que ingresa a cada una. Por esto, solo se muestrael protocolo de la primera, el cual aplica para las tres.

1) Se enciende la centrífuga con una señal de Startce1.2) la centrífuga se empieza a llenar con la masa prove-

niente del proceso de cristalización.3) Cuando se detecta que la centrífuga está llena hasta

un nivel Nce1, se enciende el motor de esta Me2 y seinicia con el proceso.

4) El proceso termina si se apaga la centrífuga o no sedetecta el nivel adecuado dentro de esta.

Fig. 21. MEF #7

Fig. 22. MEF #8

Fig. 23. MEF #9

F. Secado

1) Los cristales de azúcar provenientes de la primeracentrífuga ingresan a los molinos rotatorios de secado.

2) Cuando se detecta que el secador está lleno hastaun nivel Ns, y la humedad Hum de los cristales, seenciende el motor de este Me5 y se inicia con elproceso.

3) Si el sensor de humedad Hum ya no detecta máshumedad dentro del secador, el motor de este Me5 seapaga y se abre la válvula de salida Val7.

4) El proceso termina cuando se retira el azúcar seco delos molinos rotatorios.

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Fig. 24. MEF #10

G. Envase

El siguiente protocolo aplica para el envase del azúcarmorena proveniente del secador y para el azúcar refinadaproveniente del proceso de refinamiento.

1) El azúcar seco se lleva hacia una tolva de alimentaciónpara proceder con el envase de la misma.

2) Se colocan bolsas sobre una banda transportadora paraconducirlas hacia la tolva de alimentación del azúcar.

3) Si se detectan bolsas Pbolsa1 sobre la banda trans-portadora, y el azúcar en la tolva está sobre un nivelmínimo Ntolva1, el motor Me6 de gira.

4) Un sensor óptico detecta que una bolsa se encuentrajusto debajo de la tolva botolva1.

5) El motor Me6 se detiene por un tiempo y la válvulade la tolva Valt1 se abre para llenar la bolsa de azúcar.

6) Luego de un tiempo el motor Me6 se enciende nueva-mente y la válvula de la tolva Valt1 se cierra.

7) Este proceso se repite indefinidamente hasta que nose detecte más bolsas sobre la banda transportadora,o que el azúcar en la tolva esté por debajo del nivelmínimo.

Fig. 25. MEF #11

Fig. 26. MEF #12

H. Refinería

1) El azúcar proveniente de la tercera etapa de centrifu-gación se lleva a un proceso de refinamiento.

2) Se inicia el proceso con una señal de Startre.3) Luego de haber realizado el proceso de refinamiento,

si se detecta suficiente azúcar refinada Nre, se abre laválvula Val8 para llevar el azúcar hacia el proceso deenvase.

4) Este proceso se repite hasta que se decida parar elproceso de refinamiento Stopre o no haya suficienteazúcar refinada para pasar al envase.

Fig. 27. MEF #13

A continuación se muestra la tabla 3, la cual muestralas variables qué no habían sido definidas en las tablas deactuadores y sensores de la sección anterior.

TABLE III

VARIABLES EXTRA

Para la realización de las MEF (Máquinas de EstadoFinito) se usaron las siguientes convenciones de notación:

• Entre paréntesis cuadrados [] se encuentra el ID únicode cada estado.

• Debajo del ID se encuentra el nombre del estado.

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• Debajo del nombre se encuentra el nombre de losactuadores con su correspondiente estado.

• El símbolo * representa la conjunción "y"• El símbolo + representa la conjunción "o"• El símbolo ! representa la negación• El nombre del sensor representa la confirmación

V. IMPLEMENTACIÓN

La implementación de cada MEF en el PLC se realizóusando el software GX Works2 de la empresa MitsubishiElectric Software / MELSOFT. Para la programación delPLC se empleó el lenguaje Ladder, también conocidocomo diagrama de contactos el cual es un lenguaje deprogramación gráfico muy popular dentro de los autómatasprogramables debido a que está basado en los esquemaseléctricos de control clásicos.

Primero se crearon las variables que relacionan las en-tradas y las salidas, ambas se definieron con etiquetasglobales para mayor facilidad en la programación. Para lasentradas las variables consistieron en los nombres consigna-dos en la tabla 1. En el caso de las salidas se utilizaronlos nombres que se encuentran consignados en la tabla 2.Adicionalmente se utilizaron las variables consignadas en latabla 3 para proporcionar mayor robustez a los programascreados. En total se realizaron 13 proyectos, es decir, unopor cada MEF planteada.

A. Sistema de carpetas del PLC

El sistema de carpetas de la carpeta PLC está conformadopor una carpeta nombrada como "diagramas MEF" dondese puede encontrar en formato .png el diagrama de las MEFpara cada subproceso y un archivo en word nombrado como"MEF códigos" que muestra el código que se implementópara diagramar cada MEF en la página viz-js.com. Tambiénse encuentra otra carpeta nombrada como "programasGXW" donde se encuentran todos los proyectos en formato.gxw que contienen la programación de cada MEF en elsoftware GX Works2:

• En el archivo Molienda.gxw se encuentra programadola MEF #1

• En el archivo Calentamiento y clarificacion.gxw seencuentra programado la MEF #2

• En el archivo Evaporación.gxw se encuentra progra-mado la MEF #3

• En el archivo Cristalización.gxw se encuentra progra-mado la MEF #4

• En el archivo Tachobatch.gxw se encuentra programadola MEF #5

• En el archivo Tachocontinuo.gxw se encuentra progra-mado la MEF #6

• En el archivo Centifugación1.gxw se encuentra progra-mado la MEF #7

• En el archivo Centifugación2.gxw se encuentra progra-mado la MEF #8

• En el archivo Centifugación3.gxw se encuentra progra-mado la MEF #9

• En el archivo Secado.gxw se encuentra programado laMEF #10

• En el archivo EnvaseAM.gxw se encuentra programadola MEF #11

• En el archivo EnvaseAR.gxw se encuentra programadola MEF #12

• En el archivo Refinería.gxw se encuentra programadola MEF #13

B. Interfaz Hombre-Máquina

En la figura 28 se muestra un diagrama de la IHM queserá usada para la supervisión del proceso.

Fig. 28. Diagrama de la Interfaz Hombre-Máquina para la supervisión delproceso productivo del azúcar

VI. CONCLUSIONES

En el informe parcial presentado se dio a conocerel problema de automatización de un ingenio azucareroubicado en el departamento de Antioquia en el que seejecuta un proceso industrial para la fabricación de dostipos de azúcar, azúcar morena y azúcar refinada, a partir dela extracción del jugo de la caña de azúcar determinándoseuna capacidad de producción instalada de 500 toneladas deazúcar por día para satisfacer la demanda de los habitantesde dicho departamento.

Se presentó una explicación detallada de cada uno delos subprocesos realizados dentro de la fábrica como loson la molienda, calentamiento, clarificación, cristalización,entre otros, y su importancia para el funcionamiento globaldel ingenio. También se estableció implementar un totalde 24 actuadores como motores eléctricos, condensadores,válvulas y resistencias junto con sensores de presión,temperatura, nivel, grados brix, humedad y de posición, loscuales suman 32, para realizar un control automático de laplanta y así mejorar el proceso productivo.

De igual manera se describieron los protocolos y las MEFasociadas a cada subproceso junto con su implementación enel PLC. Se expuso el diagrama de flujo, el layout del ingenioazucarero, el SCADA y la Interfaz Hombre-Máquina para lasupervisión y control del proceso, lo que permite obteneruna mejor compresión del funcionamiento de la fábrica y larelación entre todos sus procesos.

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VII. REFERENCIAS

REFERENCES

[1] INCAUCA S.A.S., “Procesos”, s.f. [en linea]. Disponible en:https://www.incauca.com/es/procesos/

[2] J. A. Navarrete Prida, R. A. Avante Juárez, J. A. I Rubí Salazar, J. I.Villanueva Lagar,” PRODUCCIÓN DE AZÚCAR”, 2014. [en linea].Disponible en:

[3] Sabadi, Raul y Hurtado, Rafael y Ribas, Mauricio y Armas, Carlos.SÍNTESIS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA DE AZÚCAR DECAÑA, 2004.

[4] M. L. Cardona Montoya, "SEGUIMIENTO DE LAS VARIABLESFISICOQUIMICAS DEL CLARIFICADOR SRI Y VERIFICA-CION DE LA EFICIENCIA DEL TACHO CONTINUO FLETCHERSMITH PARA LA OPTIMIZACION DE LA ELABORACION DEAZUCAR EN EL INGENIO RISARALDA", proyecto de grado,Universidad tecnológica de Pereira, 2009 [en linea]. Disponible en:http://repositorio.utp.edu.co/dspace/handle/11059/1816

[5] M. Mulet Hing, R. E Fernández Salazar, "Automatización del tachocristalizador de azúcar crudo del central Julio Antonio Mella", tesisdoctoral, 2016.

[6] DeTodoUnPoco “Proceso de elaboracion del azúcar”, 2014 [en linea].Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=ZmT4ukJ8zTo

[7] J. G. Angel “Proceso de Fabricación del Azú-car - TvAgro ”, 2014 [en linea]. Disponible en:https://www.youtube.com/watch?v=17vLKltJfUA

VIII. ANEXOS

A. Anexo 1

Célula de carga para sistemas de pesaje Tipo F4817Rangos 0 ... 100 kg a 0 ... 2.000 kgFabricado en aleación de aluminioElevada exactitudElevada resistencia contra cargas lateralesEstructura constructiva sencilla, instalación fácilLa célula de pesaje es de fácil operación debido a su simplede entrada de la fuerza, aplicada en dirección vertical al eje.Disponible en: https://www.wika.co/f4817_es_es.WIKA

B. Anexo 2

SENSOR DE NIVEL DE MICROONDAS / RADAR DEONDAS GUIADAS TDR / PARA LÍQUIDO / DE NIEVENivoGuide R© 8000Tecnología: radar de ondas guiadas TDR, de microondasRango de niveles: Mín.: 6 m (19’08") Máx.: 75 m (246’00")Temperatura de proceso: -40 C, 200 C (-40 F)Mín.: -40 C (-40 F) Máx.: 200 C (392 F)Presión de proceso: Mín.: 0 bar (0 psi)Máx.: 40 bar (580,15 psi)Medio: para líquido, de nieve, para sólidos sumergidosOtras características: de montaje en brida, de aceroinoxidable, FM/FMC, inteligente, 4-20 mA, 2 hilos,de alta precisión, con indicador LED, IP68, HART,PROFIBUS, sumergible, sin mantenimiento, conindicador digital, ATEX, IECEx Disponible en:https://www.directindustry.es/prod/uwt-gmbh-level-control/product-25110-2062025.html

C. Anexo 3

TERMOPAR / DE INSERCIÓN / DE BRIDA / CONTERMOPOZO DE ZAFIRO TC84Tecnología: de termoparTemperatura: Mín.: 0 C (32 F) Máx.: 1.700 C (3.092 F)

Montaje: de inserción, de bridaAplicaciones: para altas temperaturas, para procesosOtras características: con termopozo de zafiro Disponible en:https://www.directindustry.es/prod/wika-alexander-wiegand-se-co-kg/product-6196-1882285.html

D. Anexo 4

SONDA DE GRADO BRIX / DE MICROONDAS HT02Tecnología: de microondasMesurando: de grado BrixOtras características: La punta de prueba de Cail y deFletcher Hydrotrac se puede utilizar en pureza de la masacocida en el rango de 50 a 98 grados Brix tal comouna masa cocida y masa cocida del azúcar refinado.Disponible en: https://www.directindustry.es/prod/fives-sugar-bioenergy/product-62061-1526855.html

E. Anexo 5

SENSOR DE PRESIÓN RELATIVA / OEM / DEPROCESO A-1200Tipo: relativaDiseñado para resistir impactos de hasta 1.000 g ytemperaturas entre -40 C ... +125 C[-40 ... +257 F]Indicación multicolor LED 360 facilita la detección deerrores y su localizaciónAplicaciones: Máquinas herramientas, Hidráulica yneumática, Automatización, Maquinaria especialOtras características: OEM, de proceso Disponible en:https://www.directindustry.es/prod/wika-alexander-wiegand-se-co-kg/product-6196-2182757.html

F. Anexo 6

SENSOR DE HUMEDAD DE SÓLIDOS / DE MON-TAJE EN BRIDA GPRO 500Tipo: de sólidosMontaje: de montaje en bridaEl sensor de humedad TDL GPro 500 posibilita unmanejo sin variaciones y casi sin mantenimiento enaplicaciones de almacenamiento en seco, ya que per-mite medir el vapor de agua en niveles de ppmpara proteger sus activos frente a daños de corrosiónen aplicaciones, lo que incluye: Control de proce-sos, Almacenamiento de Cl2 y Almacenamiento EDCDisponible en: https://www.directindustry.es/prod/mettler-toledo-process-analytics/product-59221-1558896.html

G. Anexo 7

SENSOR DE POSICIÓN CON CABLE / DIGITALSDE04Señal de salida: digitalRango de medición: 1.000 mmTipo: con cableOtras características: Sensor de tracción por cable conindicador digital electrónico libremente programableElevada duración de la bateríaSencillo cambio de batería sin desmontaje del aparatoDisplay LCD con 5 dígitos y caracteres especiales

Page 10: Control Automático de la producción de azúcar

Disponible en: https://www.directindustry.es/prod/siko-gmbh/product-16025-2054747.html

H. Anexo 8

MOTOR AC / TRIFÁSICO / DE INDUCCIÓN / 400VFLSESPotencia: Mín.: 0,75 kW (1,02 hp) Máx.: 900 kW (1.223,659hp)AC DC: AC, trifásicoTipo: de inducciónVoltaje: 400V, 380 VOtras características: 4 polos, 6 polos, 2 polos, de altorendimiento, IP55, con carcasa de fundición.Alta resistencia: diseñado para entornoscorrosivos y extremos. Disponible en:https://www.directindustry.es/prod/leroy-somer/product-8355-1455777.html

I. Anexo 9

VÁLVULA DE MARIPOSA / DE PALANCA / WAFER/ CON REVESTIMIENTO DE PFA NKS-T SERIESTipo: de mariposaAccionamiento: de palancaPresión: 10 bar (145 psi)Temperatura: Mín.: -40 C (-40 F) Máx.: 180 C (356 F)Revestimiento de discos = PFARevestimiento del cuerpo = PTFEMaterial de la carcasa = EN-JS 1049 / ASTM A395Disponible en: https://www.directindustry.es/prod/richter-chemie-technik/product-20616-1894803.html

J. Anexo 10

RESISTENCIA DE ALAMBRE BOBINADO / ENCARCASA / CON CARCASA DE ACERO INOXIDABLE/ DE ALTA POTENCIA FFR00 SERIESMontaje: en carcasa, con carcasa de acero inoxidableResistencia: Mín.: 0,07 Ohm Máx.: 420 OhmPotencia (W): Mín.: 3.000 W Máx.: 70.000 WTecnología: de alambre bobinadoCaracterísticas eléctricas: de alta potencia, de precisiónDisponible en: https://www.directindustry.es/prod/metal-deploye-resistor/product-125367-1555695.html

K. Anexo 11

CONDENSADOR EVAPORATIVO / DE ACEROINOXIDABLE / PARA APLICACIONES DEREFRIGERACIÓN IDSC / ECOSSMaterial: de acero inoxidableTipo: evaporativoAplicaciones: para aplicaciones de refrigeraciónSerpentín, bastidor, tapas y lavabo de acero inoxidable 304Lautopasivo. Instalación más fácil con menos peso que elacero galvanizado. Instalación certificada ASHRAE 64; conserpentines certificados ASME.Las rejillas de entrada herméticas, resistentes a los rayosUV y a la corrosión minimizan el crecimiento biológico.Disponible en: https://www.directindustry.es/prod/frick-industrial-refrigeration/product-28054-1975406.html