Embotelladora Automatizada Por Medio de PLC
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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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15, 16 y 17 de Octubre, 2015. ni!ersidad "utóno#a de $uer%taro, $uer%taro.&'(N) ***+****+****
"sociación Meicana de Mecatrónica ".C.
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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"sociación Meicana de Mecatrónica ".C.
"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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"sociación Meicana de Mecatrónica ".C.
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.