Embotelladora Automatizada Por Medio de PLC

8/16/2019 Embotelladora Automatizada Por Medio de PLC

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14º Congreso Nacional de Mecatrónica

15, 16 y 17 de Octubre, 2015. ni!ersidad "utóno#a de $uer%taro, $uer%taro.&'(N) ***+****+****

"sociación Meicana de Mecatrónica ".C.

Embotelladora Automatizada por medio de PLC

M%nde- u-#/n ugo "ntonio, "l!i-o arca os% de es3s, (onilla "nguiano Cristo Manuel,angel a#io uan, oaro Moreno osu% rancisco.

ni!ersidad olit%cnica del (icentenario

Carretera 'ilao+o#ita 8#. 2, 'an uan de los 9uran, C.. :62;:. 72 :; 700

esu#en

En este artículo se describe el proceso de unaembotelladora seguido de una pequeña etapa de

empaquetamiento, este tipo de sistema se puedeimplementar en cualquier industria alimenticia enfocada enel trato de líquidos y procesos afines. Se ha aplicado la

automatización para controlar este proceso mediante laimplementación de un PL S!E"E#S S!"$%! S&'()).

Para la programación del PL se hace uso del lengua*e +P.

alabras cla!e) ?#botelladora, @C '&?M?N',"uto#ati-ación.

1. &ntroducción

@a auto#ati-ación es un siste#a donde se

trasAieren tareas de Broducción, reali-adas

abitual#ente Bor oBeradores u#anos a un conDunto

de ele#entos tecnológicos.

n siste#a auto#ati-ado consta de dos

Bartes BrinciBales)

•

arte de #ando

• arte OBerati!a

@a arte OBerati!a es la Barte Eue act3a

directa#ente sobre la #/Euina. 'on los ele#entos

Eue acen Eue la #/Euina se #ue!a y realice la

oBeración deseada. @os ele#entos Eue Aor#an la

Barte oBerati!a son los accionadores de las #/Euinas

co#o #otores, cilindros, co#Bresores y los

caBtadores co#o Aotodiodos, Ainales de carrera entre

otros sensores.

@a arte de Mando suele ser un autó#ata

Brogra#able, aunEue asta ace Boco se utili-abanrel%s electro#agn%ticos, tarDetas electrónicas o

#ódulos lógicos neu#/ticos. ?n un siste#a de

Aabricación auto#ati-ado el autó#ata Brogra#able

esta en el centro del siste#a. ?ste debe ser caBa- de

co#unicarse con todos los constituyentes de siste#a

auto#ati-ado. ?n este caso la estructura de la

e#botelladora Dunto con el @C son la Barte de

#ando y en cuanto a la Barte oBerati!a se encuentran

los #otores, cilindros y todos los sensores encargados

de detectar la Bosición de la botella durante todo el

Broceso. ?ste Broyecto co#o tal se dirige co#o un

subBroceso Bara una celda de #anuAactura =Aigura 1>

enAocada en la industria de bebidas en general, del

cual se desBrenden otros subBrocesos Eue en

co#Ble#ento con este siste#a de e#botella#iento se

logra una celda de #anuAactura Eue abarca todo el

trata#iento de lEuidos Bara e#botellarlos,

clasiAicarlos y e#BaEuetarlos.

Fig. 1. Esquema de una celda de manufactura.

2.

9escriBción del siste#a

?l siste#a de e#botella#iento Eue se

desarrolló Ber#ite el llenado, roscado y e#BaEuetado

en cuartetos de botellas con la caBacidad de 400 #l.

?l siste#a consta de tres cilindros neu#/ticos de

doble eAecto con una carrera de 100##, un griBBerneu#/tico, 7 sensores #icro sFitc, 4 sensores

Aotoel%ctricos @M:G:, una banda transBortadora y

cuatro #otores de los cuales son tres #otores de

corriente directa y un #otor a Basaos biBolar. ara

Aines de #ayor entendi#iento no#brare#os a los

actuadores anterior#ente #encionados co#o)

cilindro ", cilindro ( y cilindro C.


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2.1

?taBa de llenado

@a acción de llenado se co#Bone del cilindro

" al cual se le Bosicionó una #anguera Eue en uno de

sus etre#os se conecta a una BeEuea bo#ba

idr/ulica en su otro etre#o se coloca al !/stago del

actuador y a un acoBle de #angueras #et/lico Eue

reali-a la acción del inyector =Aigura 2>, este inyector

su#inistrar/ lEuido durante una cierta cantidad de

tie#Bo ya Brestablecida Bor un ti#er.

?sta etaBa se lle!a acabo cuando el sensor de

la Bri#era Bosición '1 detecta Eue la botella est/ en

el lugar correcto y el cilindro " est/ en reBoso.

Fig. 2. Manguera de inyeccin del l!quido con su

acople.

2.2 ?taBa de cerrado

ara cerrar la botella se acoBló al cilindro ( un

#otor a Basos M y un griBBer neu#/tico unido al

#otor Bor #edio de un tren de engranes Baraau#entar el torEue y as de esta #anera el #otor

Bueda girar el griBBer sin #ayor diAicultad =Aigura :>.

?l griBBer se encarga de suDetar la taBarrosca

Bara Eue al #o#ento en Eue el #otor Broduce el giro

la taBarrosca co#ience a cerrar la botella. ?l #otor a

Basos se Brogra#ó con el n3#ero de !ueltas

necesarias Bara cerrar co#Bleta#ente la botella y as

Boder Basar la siguiente etaBa.

Fig. ". Mecanismo encargado de cerrar la botella.

ara Eue esta acción se eDecute la botella ya

debe de estar llena, el sensor de la segunda Bosición

'2 debe estar detectando a la botella y el cilindro (

debe estar en reBoso.

Fig. #. $ripper neum%tico.

2.: ?taBa de eBulsión

?n esta etaBa la botella se eBulsa acia la

siguiente Aase Eue es la transBortación acia la caDa

donde ser/ deBositada. @a botella se sostiene

#ediante una suDeción Eue se i#Ble#enta en el

etre#o del !/stago del cilindro C =Aigura 5>, este

actuador se #antiene en reBoso y suDetando la botella

durante todo el Broceso asta Eue es detectada Bor el

sensor de la tercera Bosición ':. na !e- detectada la

botella, el cilindro C se acciona y se retrae

r/Bida#ente ocasionando Eue la botella salga de la

estación de llenado Bara caer en la banda

transBortadora anterior#ente #encionada y as seguir

con el Broceso.

Fig. &. Cilindro con su'ecin.


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"s #is#o se i#Ble#enta una banda

transBortadora i#Bulsada Bor un #otor el%ctrico (<

desBu%s de la etaBa de eBulsión, y con el obDeti!o de

trasladar la botella una !e- llena y cerrada acia la

estación de e#BaEueta#iento =Aigura 6>. @a banda

Aunciona con un #otor de corriente directa con

ali#entación de 12! y se acciona cada Eue el sensor

'4 detecta Eue la botella ya Aue eBulsada, esta

banda transBortadora se Brogra#ó #ediante un ti#er

Eue una !e- transcurrido cierto Beriodo de tie#Bo se

detendr/ en el #o#ento Eue la botella est% en el otro

etre#o de la banda transBortadora Bara as de esta

#anera ser deBositada en un contenedor.

Fig. (. )anda transportadora.

2.4 "l#acena#iento

?n esta etaBa se tiene una caDa sobre una base

giratoria, deno#inada co#o C"" en el diagra#a

esBacio+Aase de la Aigura 1:. ?l Aunciona#iento deesta etaBa de ir deBositando las botellas dentro del

contenedor Eue est/ di!ido en cuatro Bara al#acenar

gruBos de botellas.

Co#o se #encionó anterior#ente la banda

transBortadora es la encargada de lle!ar las botellas

asta el contenedor, Bara deBositar la botella dentro

del contenedor se construyó una canaleta Bor la cual

!iaDar/ la botella Bara ser al#acenada de una Aor#a

Brecisa. Cada !e- Eue cae una botella dentro del

contenedor la base giratoria se acciona y

rota 45H Euedando en Bosición de recibir la siguiente

botella, esta rutina se reali-ar/ asta llenar elcontenedor con cuatro botellas.

:. Control del siste#a

ara controlar este Broceso, ade#/s del @C

se i-o uso de once sensores Eue indican la

Bosiciones Eue adoBta cada Barte del Broceso, los

sensores utili-ados Aueron) siete sensores #icro

sFitc y cuatro sensores Aotoel%ctricos @M:G:.

?l uso de los sensores de #icro sFitc Ber#ite

la detección de inicio y Ain de carrera Bara cada

actuador neu#/tico =Aigura 7>, es decir, indican

cuando el actuador est/ en reBoso o acti!o.

Fig. *. +nicio y fin de carrera.

?stos sensores son de contacto directo, es

decir, se acoBló una delgada Blaca de #etal a los

!/stagos de los cilindros Bara Eue accionen

directa#ente los sensores #icro+sFitc =Aigura ;>.

Fig. ,. -ensor micros/itc0.

or otra Barte los sensores Aotoel%ctricos

@M:G: =Aigura G> son usados Bara detectar en Eue

Barte del Broceso se encuentra la botella y Eue acción

es la Eue se debe reali-ar, ade#/s de Eue resulta A/cil

de acoBlar dado a su ta#ao reducido y su rango de

detección satisAace las eigencias del Broceso.

@os sensores @M:G: se ubicaron en lugares

esBecAicos del siste#a Bara tener el control sobre la

Bosición de la botella a lo largo de todo el Broceso

=Aigura 10>. ara el Aunciona#iento correcto de estos

sensores Aue necesario crear una cubierta Bara los

#is#os, dado Eue la lu- a#biente altera su

Aunciona#iento, tal Eue las cubiertas no deDen Basar

la lu- y de esta #anera los sensores trabaDen de

acuerdo a lo esBerado.


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Fig. . -ensor fotoelctrico LM"".

Fig. 13. 4isposicin de sensores de pro5imidad.

?stos sensores se acti!an al detectar cualEuier

obDeto en un rango de 0c# a :0c# deDando Basar una

seal de 5I la cual usa#os Bara controlar el Broceso

de la e#botelladora.

4. Mo!i#iento el%ctrico del siste#a

Co#o se #encionó este siste#a Aunciona concuatro #otores, tres #otores de corriente directa y un

#otor a Basos, los #otores de corriente directa se

dese#Bean de la siguiente #anera) uno es Bara acer

girar la base donde se encuentra la botella y as de

este #odo llegar a cada estación del Broceso, otro

#otor se locali-a en un eDe de la banda transBortadora

y es el encargado de acer girar a la banda Bara

transBortar la botella acia la etaBa de e#BaEuetado y

Bor 3lti#o el #otor restante se encarga de acer girar

otra base en la cual se encuentra la caDa donde se

deBositar/n las botellas una !e- Ainali-ado el Broceso

=Aigura 11>.

or 3lti#o, con resBecto al #otor a Basos M

Eue se #encionó con anterioridad se acoBló a un

#ecanis#o diseado Bara acer girar al griBBer

neu#/tico y de esta #anera cerrar la botella deDando

a la #is#a lista Bara la etaBa de eBulsión.

Fig. 11. -istema de empaquetamiento.

5. 9escriBción del Broceso

ara reali-ar el control del Broceso baDo la

Brogra#ación del @C es necesario lai#Ble#entación de un diagra#a de estados de

sensores y actuadores del siste#a en cada etaBa

=diagra#a esBacio+Aase> tal co#o lo #uestra la Aigura

12, tal Eue se Buedan deducir las ecuaciones lógicas

Eue rigen la acti!ación de cada uno de los actuadores.

@a tabla 1 #uestra las condiciones lógicas

necesarias Bara la acti!ación de a!ances ="J, (J, CJ,

9J> y retrocesos ="+, (+, C+, 9+> de los cilindros

neu#/ticos, condiciones de acti!ación de los

actuadores el%ctricos baDo #otor M y M, as co#o

las condiciones de oBeración Bara la electro!/l!ula de

llenado (OM.

Condicin lgica de operacin Actuador

1 0 4S $ m +

1 1t $ $−

2 (0S - +

#% - −

: C0S +

1 −

:m +

:m −

1 $ "

1 0 or 2 0 or :m $ m - t "

1 -

"P

6abla 1. Ecuaciones lgicas que rigen la operacin

de actuadores del proceso.

or otra Barte Bara encla!ar o #e#ori-ar

algunos estados del Broceso es necesario i#Ble#entar

un siste#a de #e#orias Eue Ber#ita la to#a de

decisiones a tra!%s de las etaBas del Broceso.


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@a tabla 2 #uestra las condiciones de

acti!ación y desacti!ación de este siste#a de

#e#orias.

Memoria del Proceso -E6 7E-E6

1m 1 $ 2S

2m 1 - :S

:m 1S "P

4m 1 $ 1

5m S 2t

6abla 2. Condiciones de acti8acin y desacti8acin

del sistema de memorias del proceso.

9onde COM, CON


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Cabe destacar Eue la auto#ati-ación se reali-ó

sólo con el @C inclusi!e la Brogra#ación del #otor

a Basos. @a Brogra#ación del #otor a Basos se i-o

con a Bartir de los ti#ers retroali#entados Eue se

utili-ó co#o un generador de Bulsos, los cuales

reciba un contador ascendente asta 4 y de a se

i#Ble#entaron 5 co#Baradores Bara #andar las

seales corresBondientes al #otor deBendiendo de

Eue n3#ero de seal reciban los co#Baradores.

na !e- si#ulado el Broceso en el soAtFare

antes #encionado se corrigieron algunos errores Eue

surgieron con las acti!aciones de la bo#ba idr/ulica

y de la base giratoria de la estación de llenado.

osterior#ente se Brocedió a Basar el esEue#a LO

aora a la BlataAor#a '&M"


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#anuAactura, estas deben de estar colocadas de Aor#a

estrat%gica Bara Eue eista un buen AluDo entre todos

los Brocesos in!olucrados y as aBro!ecar al #/i#o

la auto#ati-ación del Broceso.

Co#o trabaDo Auturo se i#Ble#entaran

tecnologas sobre el BrototiBo co#o sensores

inducti!os y óBticos industriales, ade#/s de la

inclusión de soAtFare Bara la elaboración de un M&

Eue nos Ber#ita el #onitoreo del Broceso en tie#Bo

real.

eAerencias

1 oldan, I. /$utomatismos !ndustriales0,

?ditorial araninAo, 200;.

;2 ?bel, ., &dler, '., rede, ., 'col-, 9.

/1undamentos de la t2cnica de

automatización0, esto 9idactic, "le#ania,

2007.;: itarc, . /S%EP &3 4na "anera 15cil de

Programar PL de Siemens0, Marco#bo, 200G.

;4 Mill/n, '. /$utomatización neum5tica y

electroneum5tica0, Marco#bo, 1GG5.

;5 http366senseilean.blogspot.m768)9(6):6lean'

manufacturing'celdas'de'manufactura.html.

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