FABRICAION Y AUTOMATIZACION DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE PARA ENVASE ASEPTICO EN UNA PLANTA DE...

7/25/2019 FABRICAION Y AUTOMATIZACION DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE PARA ENVASE ASEPTICO EN UNA PLANTA DE ALI

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Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera Mecnica Elctrica

FABRICACIN Y AUTOMATIZACIN DE UN SISTEMA DE

TRANSPORTE PARA ENVASE ASPTICO EN UNA PLANTA DEALIMENTOS

Jos Ramiro J Soto

Asesorado por el Ingeniero Kenneth Issur Estrada Ruiz

Guatemala, abril de 2007


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UNIVERIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA


TRANSPORTE PARA ENVASE ASPTICO EN UNA PLANTA DE

ALIMENTOS

TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA


POR

JOS RAMIRO J SOTO

ASESORADO POR EL INGENIERO KENNETH ISSUR ESTRADA RUIZAL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERO ELECTRNICO

GUATEMALA, ABRIL DE 2007


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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA


NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL I Inga. Glenda Patricia Garca Soria

VOCAL II Inga. Alba Maritza Guerrero de Lpez

VOCAL III Ing. Miguel ngel Dvila Caldern

VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz

VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva

SECRETARIA Inga. Marcia Ivonne Vliz Vargas

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz RecinosEXAMINADOR Ing. Enrique Edmundo Ruiz Carballo

EXAMINADOR Ing. Guillermo Antonio Puente Romero

EXAMINADOR Ing. Francisco Javier Gonzlez Lpez

SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco


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HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de

Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacin titulado:


TRANSPORTE PARA ENVASE ASPTICO EN UNA PLANTA DE

ALIMENTOS,

tema que me fuera aceptado por la Direccin de Escuela de Mecnica Elctrica la

Elaboracin de Prctica Supervisada (EPS), el 17 de octubre de 2005.

Jos Ramiro J Soto


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ACTO QUE DEDICO A:

DIOS: Ser supremo que me ha guiado por el buen camino

protegiendo mi vida en todo momento que estuve viajando

para poder terminar mi carrera, por haber iluminado mi

vida con sabidura para poder aprovechar al mximo las

oportunidades de mi superacin personal.

MI PADRE: Por haberme apoyado en mis estudios, es la mejor

herencia que me ha brindado, ya que ahora poseo las

herramientas para salir adelante en la vida. Ya cumpl.

MI MADRE: Por estar ah en todo momento que la necesite, por no

haberme dado la espalda en los momentos ms difciles

que he tenido en mi vida, espero que se sienta satisfecha

por no haberle fallado y que se siga sintiendo satisfecha y

orgullosa por mi logro.

MIS HERMANOS: Herberth, Maritza, Evelyn, Estuardo, Surama y Magaly,

que mi logro sea un ejemplo de que lo que nos

proponemos se puede lograr si sabemos aprovechar los

recursos y oportunidades que nos da la vida, s que estn

felices por mi logro.

MI ESPOSA: Con mucho amor, espero que te sirva de incentivo para

que tu tambin logres terminar tu carrera, se que siempre

cuento contigo como t conmigo.


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II

STEVEN: Mi fuente de inspiracin para seguir adelante no

importando que tan difcil este la situacin, espero que

tambin te sirva de incentivo en el futuro, te quiero

muchsimo.

MANUEL ARREDONDO: Compadre al fin lo logre, gracias por tu apoyo

incondicional te lo agradezco de corazn.

FAMILIA EN GENERAL: Gracias por haberme apoyado y aconsejado cuando

pudieron, se los agradezco. Esto muestra que sus consejosme incentivaron para salir adelante en la vida.

AMIGOS: En general, por los momentos que compartimos juntos

como compaeros de estudio, espero que todos ustedes

tambin puedan lograrlo, as como yo lo he hecho, animo

que les falta poco.


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I

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES III

LISTA DE SMBOLOS V

GLOSARIO VII

RESUMEN IX

OBJETIVOS XI

INTRODUCCIN XIII

1 SEGURIDAD INDUSTRIAL EN INDUSTRIA ALIMENTICIA 1

1.1 Normas 1

1.2 Medidas a seguir 2

2 CONCEPTOS Y DEFINICIONES ELEMENTALES 7

2.1 Sensores utilizados 7

2.1.1 Descripcin 7

2.1.2 Aplicacin 92.2 Variador de frecuencia 10

2.2.1 Descripcin 10

2.2.2 Aplicacin 11

2.3 Controlador Lgico Programable 11

2.3.1 Descripcin 12

2.3.2 Aplicacin 13

3 INFORMACIN PARA EL SISTEMA AUTOMATIZADO DE

TRANSPORTE DE ENVASE ASPTICO 17

3.1 La situacin en la empresa previa al proyecto 17

3.2 Requerimientos y restricciones 19

3.3 Resultados esperados 24

4 PROGRAMACIN DEL PLC 33


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II

4.1 Lenguaje de programacin 34

4.2 Funcin de componentes en cada proceso 38

4.3 Variables a manejar 41

4.4 Ecuacin algortmica 45

4.5 Respuestas esperadas 48

5 EL PROGRAMA 51

CONCLUSIONES 63

RECOMENDACIONES 67BIBLIOGRAFA 69

APNDICE 71


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III

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Piezas de unin para tramos 21

2. Cotizacin de Precios Totales por Empresas 23

3. Vistas Tridimensionales de Transportadora Automatizada

Para envase Asptico 28

4. Transportadora propuesta automatizada para envase Asptico

Para la Planta de Alimentos Maravilla 30

5. Vistas frontal e interna del panel de control 31

6. Lenguaje por funcin de conexin 36

7. Algoritmo por funciones de componentes 39

8. Funciones por tramo 42


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IV


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V

LISTA DE SMBOLOS

Contacto abierto

Contacto cerrado

Funcin

Tierra Fsica

Puesto en Chasis

Fusibles

Contactos de Rel Selector

Breaker Trifsico

Transformador bifsico

Bobina de Selector

, Lmpara

Interruptor Pulsador Normalmente Cerrado

Interruptor Pulsador Normalmente Abierto

Interruptor Normal

Motor Monofsico

Corriente Directa

Corriente Alterna


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VI

Frecuencia Variable

Guarda Motor

Variador de Frecuencia

Motor Trifsico

Foto Sensor

Interruptor Tipo Hongo

Interruptor de un Polo de Giro

Interruptor Three Way de Giro


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VII

GLOSARIO

ASPTICO Perteneciente o relativo al conjunto de procedimientos

cientficos destinados a preservar de grmenes infecciosos

el organismo, aplicados principalmente a la esterilizacin

del material quirrgico.

AUTOMATIZACIN Accin y efecto de automatizar.

CORROSIN Destruccin paulatina de los cuerpos metlicos por accin

de agentes externos, persista o no su forma. Accin y

efecto de corroer.

DARK ON Funcin para sensor de presencia, en la cual el estado de

encendido se desactiva al existir presencia de objeto entre

sensores, se presenta como respuesta un estado lgico 0.

HIPOACUSIA Escasez en la sensibilidad auditiva, prdida de audicin.

NEUROSENSORIAL

LIGHT ON Funcin para sensor de presencia, en la cual el estado de

encendido se activa al existir presencia de objeto entre

sensores, se presenta como respuesta un estado lgico 1.

POLI-CARBONATO Material derivado de plstico, de consistencia bastante

slida y liviana.


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VIII

RSTICO Dcese que se encuentra hecho a la ligera.

PLC (Programmable Logic Controller) Controlador Lgico

Programable.


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IX

RESUMEN

El primer captulo trata brevemente de las normas y medidas a seguir en todas las

maniobras y procesos de elaboracin de alimentos, seguido por otro captulo que trata de

conceptos y definiciones elementales de los sensores, dispositivos de control de

frecuencia as como del Controlador Lgico Programable (PLC), dispositivos que se han

empleado en la fabricacin del sistema de transporte automatizado para un envase

asptico.

El tercer captulo se ha hecho una descripcin de la manera en que ha sido

fabricada la estructura del sistema de transporte en la planta segn las restricciones que

se tienen por las normas sanitarias, dando a conocer de igual forma la situacin en la

empresa previa al proyecto, con los resultados esperados.

En los captulos cuatro y cinco se presenta en dos formas el programa defuncionamiento para el PLC, se interpreta el algoritmo del programa, as como la

interpretacin del programa en escalera respectivamente, estos dos ltimos captulos son

la base fundamental para el funcionamiento requerido por la planta de alimentos para la

automatizacin del sistema de transporte para envase asptico.

Se han incluido apndices con las ilustraciones de dispositivos, estructuras as

como tambin de diagramas de conexiones, los cuales facilitan el entendimiento, tanto

del funcionamiento como de operacin del sistema para la reduccin de prdidas de

producto por un sistema de transporte nico que cumple con las necesidades de la

empresa productora.


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X

Se tiene una serie de vistas tridimensionales para poder visualizar la estructura

con sus diversos componentes, as como una serie de tablas de cotizaciones de precios

que se han invertido para la fabricacin de este sistema de transporte elaborado con

maquinaria y equipo de alta calidad para garantizar que el producto transportado se

maneje confiablemente en l.


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XI

OBJETIVOS

GENERAL

Emplear con ingenio y de forma eficiente los recursos que se encuentran en el

mercado centroamericano para la fabricacin y automatizacin de un sistema para el

transporte de envase asptico en una planta de alimentos, conseguir un ahorro tanto en

tiempo como en dinero para la empresa en su produccin teniendo un sistema confiable,

personalizado de acuerdo con las necesidades propias de la empresa, eficiente y econmico,

aminorando el desperdicio de producto terminado por defecto debido al maltrato de envase

en el transporte y/o las detenciones del sistema de produccin.

ESPECFICOS

1. Efectuar un anlisis para encontrar la forma que se puede fabricar una lnea

automatizada empleada para el transporte de envases aspticos, tomando en cuenta

las restricciones de seguridad y sanitarias que impone la empresa, los requerimientos

que esta lnea necesita junto con las respuestas que se necesitan ejecutar debido a las

diferentes fallas que se producen en esta lnea de produccin al estar funcionando.

2. Fabricar el proyecto con materiales, equipo y accesorios que podemos conseguir enel mercado centroamericano, enfocados siempre en mantener las respectivas normas

sanitarias para el manejo de productos alimenticios, la calidad de los mismos, tomar

en cuenta las caractersticas de operacin que tiene el equipo que se emplee para la

fabricacin de esta transportadora automatizada.


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XII

3. Programar controladores variables para hacer funcionar de acuerdo a las

necesidades requeridas del sistema automatizado manipulando la frecuencia para el

control de velocidad de transporte de la cadena, facilitando en nuestra lnea el

transporte del envase asptico; as como tambin el emplear sensores para el control

de los envases sobre la transportadora.

4. Efectuar un programa personalizado funcional que satisfaga la necesidad de corregir

un desperdicio innecesario de producto mal terminado empleando un Controlador

Lgico Programable (PLC) para la operacin eficiente de nuestra lnea de transporte

automatizada antes mencionado.

5. Obtener los resultados deseados que son un transporte eficiente automatizado y

aminoramiento de detenciones en la lnea de produccin al dejar funcionando

nuestro sistema, satisfaciendo las necesidades que se tenan antes de ser

implementado nuestro sistema automatizado de transporte.


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XIII

INTRODUCCIN

La industria alimenticia tiene como estndar primordial mantener alta calidad en

el proceso de produccin y en sus productos, este control lo consigue teniendo un debido

proceso de produccin con puntos crticos de control en la elaboracin de stos, hasta su

almacenado para ser transportado, se mantienen las medidas preventivas como

correctivas para mantener un producto confiable para el consumidor final; para esto la

planta productora debe estar sujeta a normas y mantiene su enfoque en las Buenas

Prcticas de Manufactura para su produccin en masa, toda industria tiene que

considerar calidad y precio en sus productos, por esta razn se debe optimizar su

produccin para conseguir un mayor margen de ganancia reduciendo prdidas.

Todo el planteamiento desarrollado en este proyecto se basa en una fabricacin y

automatizacin; con el objeto de establecer las acciones necesarios a ejecutar para la

correccin de una problemtica que se tiene en la planta de alimentos, por tal motivo consu desarrollo, se podr realizar un enfoque mas objetivo, real y profesional del mismo

para alcanzar mejores y ptimos resultados. As como poder hacer un programa de fcil

entendimiento basado en la normativa internacional para el programador de la empresa

al efectuar futuros cambios, sin tener que esperar la llegada de un tcnico extranjero del

proveedor de un equipo genrico y no personalizado como el nuestro, ahorrando as un

valioso tiempo de espera que representa costos a cualquier empresa y elevados costos de

servicios prestados.

Solucionar el problema que tiene la planta de alimentos por la necesidad de

mantener la produccin constante en su mxima capacidad, as como reducir el ndice de

prdidas, estas debidas a la prdida de tiempo para poder efectuar las acciones de


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XIV

correccin necesarias que se hacen manualmente y por errores operativos que son de

mayor frecuencia, fabricando un sistema automatizado de transporte.

Brindar menor costo en el proceso de produccin fabricando un sistema

automatizado de transporte para envase asptico que satisfaga las necesidades propias de

la planta de alimentos con maquinaria y equipo confiable y seguro, tambin ahorro en

tiempo para la implementacin del sistema al efectuar la adquisicin del material

necesario en nuestro mercado, teniendo as mayor disponibilidad de repuestos y

mantenimiento para el futuro.

Dar a conocer a las empresas nacionales el potencial sobre los conocimientos de

sistemas automatizados que tenemos los graduandos de la universidad de San Carlos de

Guatemala, para poder as competir con los extranjeros.


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1

1. SEGURIDAD INDUSTRIAL EN INDUSTRIA ALIMENTICIA

1.1 Normas

Estn formados de una serie de conocimientos, tcnicas y de instrumentos

que nos permiten prevenir la ocurrencia de accidentes y de enfermedades

laborales, principalmente mediante el mejoramiento de las condiciones de trabajo

en general.

Con respecto a las tcnicas utilizadas para la prevencin de accidentes y de

enfermedades ocupacionales; es un principio mundialmente aceptado que antes

de suministrar al trabajador cualquier elemento de proteccin personal; debe

procurarse eliminar el riesgo, disminuirlo o incluso reducir la exposicin al

mismo entre otras opciones. Sin embargo, por limitaciones de tipo tecnolgico

y/o econmico esto no siempre es posible. Lo anterior hace que sea necesarioutilizar un determinado elemento de proteccin personal.

En ocasiones a pesar de que el trabajador sabe que debe protegerse, ste no lo

hace; las razones expuestas son variables, pero deben tomarse en cuenta por el

encargado de seleccionar y suministrar el equipo respectivo.

Los accidentes laborales o las condiciones de trabajo poco seguras pueden

provocar enfermedades y lesiones temporales o permanentes e incluso causar la

muerte. Tambin ocasionan una reduccin de la eficiencia y una prdida de la

productividad de cada trabajador.


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2

1.2 Medidas a seguir

La garanta de calidad se basa en el uso de sistemas de anlisis en puntos

crticos de control. En stos, el material que se est procesando y el proceso en

s deben ser conocidos para identificar los riesgos asociados con cada paso para

as definir los puntos crticos de control. Es en estos pasos, donde se controla el

producto para garantizar la eliminacin o reduccin suficiente de los diferentes

riesgos de contaminacin del producto procesado.

Los riesgos qumicos pueden surgir por la presencia en el entorno de trabajode gases, vapores o polvos txicos o irritantes. La eliminacin de este riesgo

exige el uso de materiales alternativos menos txicos, las mejoras de la

ventilacin, el control de las filtraciones o el uso de prendas protectoras.

Los riesgos biolgicos surgen por bacterias o virus transmitidos por animales

o equipo en malas condiciones de limpieza, y suelen aparecer fundamentalmente

en la industria del procesado de alimentos. Para limitar o eliminar esos riesgos es

necesario eliminar la fuente de la contaminacin o, en caso de que no sea

posible, utilizar prendas protectoras.

Entre los riesgos fsicos comunes estn el calor, las quemaduras producidas

por superficies calientes, el ruido que afecta al odo, la vibracin, los cambios

bruscos de presin que pueden explotar la tubera, la radiacin y las descargas

elctricas que pueden provocar la muerte. Los ingenieros de seguridad industrial

intentan eliminar los riesgos en su origen o reducir su intensidad; cuando esto es

imposible, los trabajadores deben usar equipos protectores. Segn el riesgo, el

equipo puede consistir en gafas o lentes de seguridad, tapones o protectores para

los odos, mascarillas, trajes, botas, guantes y cascos protectores contra el calor o


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la radiacin. Para que sea eficaz, este equipo protector debe ser adecuado y

mantenerse en buenas condiciones.

Proteccin para la cabeza tipo redecilla; se utiliza para recoger el cabello

cuando existe el riesgo de que este sea atrapado por su sistema de rotacin de la

mquina as mismo es requisito de las Buenas Prcticas de Manufactura (BPM).

Tipo Protector Facial: protege fundamentalmente la cuenca de los ojos y la

cara, se ajustan a la cabeza por medio de un arns: principalmente se usan

cuando existe el riesgo de salpicadura de productos qumicos, proyeccin departculas, radiacin calrica y radiacin infrarroja.

De acuerdo con la necesidad de proteccin la careta puede ser de plstico

resistente al impacto y corrosin, de malla metlica o matizada. Si es necesario

puede combinarse con un protector tipo gafa, con proteccin auditiva, con

proteccin respiratoria y con proteccin para la cabeza.

Proteccin para los odos: en nuestro pas la contaminacin por ruido en los

ambientes laborales tiene gran importancia, principalmente por la forma en que

se producen los efectos de este contaminante en la audicin del trabajador,

sumado a la poca informacin que este recibe sobre el tema. Lo anterior facilita

la aparicin de muchos casos de trabajadores con hipoacusia neurosensorial la

cual es irreversible y que adems del efecto en la salud del trabajador, causa

serios trastornos laborales y sociales.

No se permitir dentro del lugar de trabajo intensidades superiores a 90

Db(A) para ruidos intermitentes o de impacto, ni mayor de 85 Db(A) Respecto a

ruidos continuos, si los trabajadores no estn previstos del equipo de proteccin

personal adecuado que atene su intensidad hasta los 85 Db(A).


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El tapn Auditivo Protector que se utiliza inserto en el conducto auditivo

externo. Bsicamente existen dos clases de tapones auditivos El tipo

desechable y tipo reutilizable.

Para poder maniobrar altas temperaturas, as como bajas, es necesario tener

nuestro equipo bien identificado para evitar accidentes como quemaduras por

escape de vapor o por contacto de tubera caliente.

Como los accidentes surgen por la interaccin de los trabajadores con el

entorno de trabajo, hay que examinar cuidadosamente ambos elementos parareducir el riesgo de lesiones. stas pueden deberse a las malas condiciones de

trabajo, al uso de equipos y herramientas inadecuadamente diseadas, al

cansancio, la distraccin, la inexperiencia o las acciones arriesgadas. El enfoque

sistmico estudia las siguientes reas: los lugares de trabajo (para eliminar o

controlar los riesgos), los mtodos y prcticas de actuacin y la formacin de

empleados y supervisores. Adems, el enfoque sistmico exige un examen en

profundidad de todos los accidentes que se han producido o han estado a punto

de producirse. Se registran los datos esenciales sobre estas contingencias, junto

con el historial del trabajador implicado, con el fin de encontrar y eliminar

combinaciones de elementos que puedan provocar nuevos riesgos.

El enfoque sistmico tambin dedica una atencin especial a las capacidades

y limitaciones de los trabajadores, y reconoce la existencia de grandes

diferencias individuales entre las capacidades fsicas y fisiolgicas de las

personas. Por eso, siempre que sea posible, las tareas deben asignarse a los

trabajadores ms adecuados para ellas.

Es importante saber que los productos alimenticios pueden contaminarse con

microorganismos (micro=pequeo, bio=vida) tan pequeos que pueden


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observarse nicamente con un aparato llamado microscopio. Los microbios se

encuentran en todas partes y son transportados por el aire, estn sobre el suelo y

el agua, as tambin en la superficie de nuestro cuerpo en nuestro conducto

digestivo, en la boca, en la nariz. Especialmente abundan en donde hay alimento

y exista condiciones como humedad y temperatura apropiada, que propicia su

desarrollo y multiplicacin. Hay microbios Benvolos que sirven para la

obtencin de productos alimenticios (ejemplo: el queso) y bebidas (ejemplo:

Cerveza), Pero tambin existen microbios patgenos, que son aquellos que si

pueden producir una enfermedad a nosotros. Estos microorganismos pueden

clasificarse en: Bacterias, Hongos y Levaduras, protozoos y virus.

Para asegurarse que un alimento es seguro para el consumo humano, debe ser

cuidadosamente preparado, tratado y guardado. Las enfermedades que se

transmiten mediante los alimentos son infecciones e intoxicaciones alimenticias.

Estas se reducen por la inspeccin de las materias primas que intervienen en los

alimentos, las limpiezas en las plantas de preparacin, la imposicin de

reglamentos sanitarios a los manipuladores y preparadores de alimentos y sobre

aplicar las Buenas Prcticas de Manufactura BPM.

Las causas de las malas prcticas de higiene personal son tres principalmente

por las que las personas incurren son:

Falta de conocimiento: Al no dar la capacitacin adecuada.

Falta de Cuidado: No observando las normas preestablecidas.

Falta de Voluntad: Negligencia o indiferencia de las personas.


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La persona que trabaja en contacto con alimentos, necesita mas que nadie,

cumplir con los requisitos de higiene y aseo personal, que dan por resultado, un

empleado bien presentado y seguro de si mismo.


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2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES ELEMENTALES

2.1 Sensores utilizados

Los sensores empleados para la deteccin de presencia de objetos, fueron

los sensores pticos Marca OMRON del modelo E3S-CT61 y el E3S-CT62,

emisor y receptor respectivamente. Estos fueron elegidos debido a sus

caractersticas, aparte que cumple con los estndares que requiere la industria de

alimentos... Tienen una capacidad de deteccin de 3 metros de distancia en

ambientes ideales; para nuestro uso, estos son sometidos a situaciones extremas

debido al entorno en que esta expuesto el sistema de transporte automatizado.

Estos han sido empleados tambin para poder detectar si el envase se encuentra

cado sobre la cadena en la trayectoria, de ser as, efectuar el proceso de la

eliminacin de este envase y evitar que se produzca una falla por la mala

posicin en el proceso de aplicar la tapa plstica.

2.1.1 Descripcin

El juego de sensores consta de un emisor y receptor de luz infrarroja. Su

parte exterior esta fabricada en materiales rgidos con capas anti-adheribles, su

base esta construida en acero inoxidable, su exterior se encuentra bien sellado

para eliminar que le penetre humedad por medio de un lente fabricado en poli-

carbonato, se protege su interior que consta de una circuiteria bastante delicada,

esta cuenta con amplificadores para la deteccin de objetos a largas distancias.

Estos trabajan por emisin de luz infrarroja directa, consumen una corriente

mxima de 50 mA por juego (emisor y receptor operando juntos), poseen una


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capacidad de respuesta (o cambio de estado lgico) de 1 milisegundo, lo que nos

da la certeza de una pronta respuesta de lectura de estado presente.

Este juego de sensores tiene la caracterstica de poder programarlos segn la

necesidad del trabajo, es decir que cuentan con la modalidad de seleccin entre

PNP (dopado de transistor con Emisor P, Base N y Colector P) o NPN (dopado

de transistor con Emisor N, Base P y Colector N), esto ser segn la forma de

alimentacin que se les quiera dar. La opcin de Dark On o Light On, esta

seleccin es para elegir la seal deseada para representar la presencia de un

objeto entre ambos sensores (emisor y receptor). La opcin de Dark On, seutiliza cuando necesitamos una seal de un uno (1) lgico al existir un objeto

entre el emisor y receptor; la opcin de Light On se selecciona para la necesidad

de un uno (1) lgico al no haber obstculo entre emisor y receptor, en otras

palabras, la ausencia de objeto entre ellos. Al contar con esta modalidad el

usuario tiene la fcil opcin de elegir como se quiere o necesita emplear, y no

tiene una restriccin en el uso del sensor en el diseo.

Los sensores estn construidos en materiales rgidos, lisos y de gran

durabilidad para un entorno rustico, o sea que, pueden soportar condiciones

extremas, exceso de luz, humedad y temperatura. Estos estn ubicados en la

parte superior sobre las bandas o rieles gua, por lo que sern expuestos a

humedad para el proceso de lavado obligatorio que se realizar despus de cada

proceso de llenado de producto, esto es requisito para mantener un ambiente

limpio para un futuro proceso de elaboracin de producto.

Tienen una base de acero inoxidable que los libra de alguna adherencia de

producto o suciedad que pueda ser un contaminante de alimento o fuente de

crecimiento y propagacin de bacterias. Un lente de vidrio que hace posible la

transferencia de rayos infrarrojos entre emisor y receptor, y que a la vez lo


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protege de que entre humedad en su sistema, lo que puede provocar daos

internos en el dispositivo, en la placa impresa con los transistores y sensores

pticos.

2.1.2 Aplicacin

Para el sistema de transporte de envase asptico es necesario tener el

conocimiento de la cantidad de envase que este est maniobrando, as que para

saber en que punto se esta saturando la lnea debido a un paro o falla, para poder

efectuar la accin necesaria para la correccin del mismo. Estos, el juego desensores, interpretan la presencia de objetos por la ausencia o presencia de seal

entre ambos; es interpretada por unos (1s) y ceros (0s) lgicos. Esta seal es

transferida al Controlador Lgico Programable (o PLC, por sus siglas en ingls

Programmable Logic controller), el cual interpreta la seal y la procesa para

actuar de acuerdo al programa de funcionamiento de la transportadora

automatizada.

En nuestro sistema los sensores producen una seal lgica 1 para indicar la

presencia de objeto en cierto punto especfico en la transportadora de envase,

esta puesto en la seleccin Dark On. O sea, que al no existir presencia de objetos

entre los sensores, estos lo interpretan enviando un 0 lgico al PLC.

La configuracin de alimentacin es la de NPN, como en la alimentacin de

un transistor en la configuracin de corte o saturacin, la corriente circula hacia

el PLC.

Estos sensores brindan los requerimientos necesarios para tener una lectura

confiable, lo que ofrece una mayor confiabilidad de obtener un sistema

automatizado estable.


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2.2 Variador de Frecuencia

En este proyecto, se han empleado tres variadores de frecuencia de la

marca Siemens, de la clase Micromaster 440, estos de la misma especificacin

cada uno, para el control de tres motores individuales de la misma capacidad y

marca. Cada uno para controlar la velocidad de desplazamiento de envases

aspticos en un tramo especfico de la transportadora. Estos funcionaran

independientemente, o sea que, un variador este funcionando a velocidad normal

y otro este en velocidad lenta, o no se encuentre funcionando, o sea detenido.

Los variadores no pueden controlar mas de un motor cada uno, o sea que no sedebe conectar dos o ms motores en paralelo en un variador, ya que este puede

sufrir daos internos debido a una sobre carga.

2.2.1 Descripcin

Este es un dispositivo que como su nombre lo indica, es el que brinda la

opcin de variar la frecuencia de alimentacin para la maniobra de un motor

elctrico conectado a l. Este puede controlar la aceleracin en el arranque, hasta

llegar a la velocidad de operacin, as como la desaceleracin para el frenado del

mismo. Este puede ser controlado remotamente envindole seales digitales o

anlogas dependiendo del uso que requiera la aplicacin deseada. Las

velocidades, as como las aceleraciones pueden ser programadas previo a uso, en

un juego de instrucciones que estos poseen en su memoria. Este posee la

caracterstica de prefijar las velocidades deseadas, para sumarlas o restarlas entre

si de acuerdo a las necesidades que se tengan. Esto puede ser realizado por

medio de comandos digitales mandados desde el PLC.

La aceleracin puede ser programada de la misma manera, as como la

desaceleracin y los tiempos de retardo para los cambios de velocidad. Se puede


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programar la corriente nominal para alimentar a cada motor, esto para evitar

sobre cargas y daos en los motores o en el variador.

2.2.2 Aplicacin

Para los propsitos de operacin en la transportadora automatizada de envase

asptico, es necesario optimizar el espacio y el tiempo de espera que ocupa cada

envase en el proceso de empaque y aplicacin de tapa plstica para dosificador.

Es necesario que al frenar, o al arrancar el sistema de transporte, no se den

tirones bruscos en la cadena transportadora, ya que esto puede provocar que secaigan o descarrilen los envases, y debido a esto, puedan sufrir algn tipo de

dao fsico en su forma, o en el material asptico.

Este sistema cuenta con dos velocidades de transporte dependiendo de las

condiciones de cantidad de envase sobre la banda transportadora. Estas

velocidades son el producto de una suma, velocidad normal, o rpida, y la de una

velocidad, o la lenta, esto es para que el sistema no pare, sino que siga operando

para evitar el paro de la mquina llenadora. As podemos manipular la velocidad

de transporte y el espacio de tiempo que puede tomarse para solucionar alguna

falla, o debido a que sea necesario el abastecer la unidad siguiente.

2.3 Controlador Lgico Programable

El Controlador Lgico Programable es comnmente conocido como PLC,

por sus siglas en ingls (Programmable Logic Controller). Este dispositivo,

utilizado en el proyecto, es de la marca Allen-Badley, de la serie SLC 5/04 CPU.

Este es el encargado de efectuar las decisiones en la operacin necesaria de la

transportadora para un funcionamiento ptimo, es el cerebro ejecutor de las


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decisiones programadas para la operacin de la automatizacin de la

transportadora de envase asptico.

El PLC esta compuesto con la interfase de entrada y salida, esta formado

por mdulos que se interconectan fcilmente para uso de lectura o escritura. Los

mdulos de entrada y de salida son de la siguiente especificacin:

Entrada 24 VDC Sink Input Flex I/O 1794-1816 de 16 contactos.

Salida 24 VDC Source Outpt Flex I/O 1794-0816 de 16 contactos.

La ventaja del uso de un PLC en lugar de una computadora, es que estos

estn diseados especficamente para una operacin bajo condiciones severas, o

extremas, para un ambiente industrial. Un PLC bien diseado puede ser

colocado en un rea con cantidades sustanciales de ruido elctrico, interferencia

electromagntica, vibracin mecnica y humedad no condensada.

2.3.1 Descripcin

El PLC, esta compuesto por dos secciones: la unidad central de proceso(el

CPU) y el sistema de Entradas y Salidas (I/O). El CPU gobierna todas las

actividades del PLC, que tambin esta compuesto de tres componentes que son:

el procesador, el sistema de memoria y el sistema de alimentacin.

La operacin de un Controlador Lgico Programable es relativamente

simple. El sistema de Entrada/Salida esta fsicamente conectado a los diferentes

dispositivos externos que se encuentran conectados en el equipo para el control

del proceso. Estos dispositivos pueden ser discretos o anlogos, tales como, limit

switches, transductores de presin, push buttons, arrancadores de motor,


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solenoides, etc. La interfase E/S (Entrada/Salida) provee la conexin entre CPU

y la informacin leda (Entradas) y los dispositivos controlados (Salidas).

Durante la operacin, el CPU completa tres procesos: (1) Lee, o acepta, los

datos de entrada desde los dispositivos conectados en la interfase de Entrada, (2)

ejecuta, realiza, el programa de control guardado en el sistema de memoria, y (3)

escribe, o actualiza, a los dispositivos controlados por el sistema de Salida. Este

proceso de lectura secuencial de entradas, ejecucin de programa en memoria y

actualizacin de salidas es conocido como scanning.

Una distincin de los PLCs es que su hardware y software son diseados

para un uso de planta para tcnicos y electricistas. El hardware interfasa los

dispositivos de campo, entradas y salida, que son para una conexin fcil. El

software de programacin usa smbolos convencionales en un orden de escalera,

o algn otro tipo de lenguaje de fcil entendimiento, de los cuales el personal de

planta puede estar familiarizado. Una computadora es necesaria para la

programacin de un PLC. El programa puede ser desplegado por medio de un

cable desde el puerto serial de la computadora personal, o por medio de una

tarjeta tipo MODEM, pero de conectores especiales para la transferencia de

datos.

2.3.2 Aplicacin

El PLC es el encargado de realizar las decisiones para la operacin eficiente

en el transporte de envase asptico desde su empaque hasta la aplicacin de la

tapita dosificadora. Este toma una lectura de estado que indican los sensores, la

evala y toma la decisin programada y la ejecuta. Esta decisin puede ser la de

reducir o aumentar la velocidad de transporte del envase.


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El PLC es el encargado de efectuar la operacin autnoma de la

transportadora. Toma la decisin apropiada y si se produce una falla en ella, esta

muestra una alarma de acuerdo a la falla, para que el operador de sala pueda

hacer las correcciones necesarias al caso. Las alarmas son lumnicas, para una

mejor alerta acerca del estado de la faja desde una larga distancia y en un

ambiente contaminado de ruido por el funcionamiento de maquinaria. Estas

luces se encuentran instaladas en el panel ubicado a un costado visible para el

operador, el cual contiene en su interior al PLC y a los guarda motores,

variadores de frecuencia y los dems accesorios necesarios para el

funcionamiento de la transportadora.

El PLC funciona por medio del programa guardado en su memoria y puesto

en marcha por su software interno. Debido a esto, su propsito es la de efectuar

operaciones de control en una manera mas confiable y eficiente.

El PLC interpreta la seal digital enviada desde los foto-sensores de

presencia, interpreta esta seal, la procesa y ejecuta, mandando un cdigo digital

a los variadores de frecuencia para el control de la velocidad de los motores en

los tramos de la transportadora de envase asptico y as optimizar el transporte de

este para evitar que se detenga la llenadora, que es lo que mas prdidas produce a

la Planta de Alimentos.

El PLC, recibe la seal de presencia o ausencia de objetos, recibe tambin la

seal de la posicin de los objetos, o sea que si un envase no va posicionado

verticalmente, la seal indica que es necesario eliminar ese envase de la

transportadora, esto es debido a que si se encuentra cado el envase en el trayecto

de la transportadora, este puede quedarse atascado en las vueltas e impedir el

transporte de los envases que lo presiden. El PLC es el responsable del proceso

de eliminacin de envases que pueden provocar fallas, por medio del


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accionamiento de una vlvula neumtica que es accionada mediante una seal

lgica, esta vlvula a sido nombrada en el sistema como selector, debido a su

funcin.


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3. INFORMACIN PARA EL SISTEMA AUTOMATIZADO DE

TRANSPORTE DE ENVASE ASPTICO

En la planta productora se requiere que el producto sea transportado

eficientemente de una etapa a otra. El sistema tiene que mantener el envase intacto en

cuanto a daos fsicos que este puede sufrir durante el proceso de transporte.

Se espera tener menos cantidad de prdidas producidas por las fallas generadas

por descuidos humanos, que hacen tener perdidas por sincronizacin de arranque, ya que

una falla provoca que se detenga el proceso de produccin, por cada arranque se produce

un desperdicio de producto terminado que no cumple con el llenado o sellado requerido

por la empresa; las paradas en el proceso pueden ser reducidas al maniobrar de una

manera eficiente el espacio del producto con una transportadora que trabaje

automticamente en la lnea de produccin.

La transportadora tiene que cumplir con una serie de restricciones tanto de

produccin como sanitarias y llenar las expectativas de un ahorro para la compaa que

es la encargada de la inversin.

3.1 La Situacin en la Empresa Previa al Proyecto

La empresa productora, ubicada en el departamento de Escuintla, es una

empresa nacional, slida y de prestigio internacional no slo por sus productos,

sino por la calidad de stos.

Esta posee una produccin funcional en el proceso de produccin, ya que

se nota que se requiere de un sistema ms eficiente para el transporte del envase.


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En el proceso de llenado, se elabora la formacin del envase, se llena y se

sella, lo que lleva a un envase de forma rectangular,

Para garantizar al productor que su lnea de produccin no va a sufrir un

exceso de producto por la espera de tiempo del siguiente proceso. Al no

sobrepasar el lmite de produccin mxima, el productor tiene la seguridad que la

maquinaria no sufre desgaste innecesario, lo que le garantiza una vida til mayor

para su empresa y menor cantidad de mano de obra para el mantenimiento, lo

que se resume en un ahorro en tiempo muerto.

La transportadora de la llenadora slo puede operar a una velocidad

constante, esta va de acuerdo con la cantidad de produccin que se encuentra

diseada.

Al no poder disponer de una variacin de velocidad, se lleg a la idea de

agregarle otros tres tramos a la lnea de transporte, los cuales pueden ser

maniobrados en su velocidad para poder disponer de una mayor cantidad de

tiempo para poder corregir cualquier falla que pueda ocurrir en el sistema, y as

el operador pueda tener mejor control del proceso.

En el momento de arrancar el proceso de llenado, la mquina llenadora,

tiene que sincronizarse para el llenado correcto, el tamao especfico, sellar de

una manera segura el producto en un envase fabricado de una bobina de material

de empaque asptico.

En el proceso de sincronizacin de arranque, la maquina desperdicia un

promedio de sesenta (60) envases, los cuales pueden no tener el volumen


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especfico, no estar bien sellados, no tienen el tamao establecido, o no se

efectan los dobleces en los lugares correctos.

Los envases desperdiciados que no poseen las dimensiones necesarias,

tamao, forma o volumen, representan una prdida para la empresa, tanto en

producto, tiempo de produccin as como financieramente, el conjunto representa

un problema que necesita ser solucionado.

Se fabricar un sistema de transporte automatizado que requiere de un

menor control para el operador y as pueda ocuparse este, de otras actividades delnea por falta de suministros en la maquinaria, o le de tiempo para la correccin

de fallas y no sea necesario detener la llenadora; con este sistema se minimizarn

las prdidas en un margen menor del 4.5%, esto puede representar una parada

por cada 90 minutos, esta respuesta ya es mas razonable, que seran paradas

debidas a la falta de suministros de materiales para la maquinaria, y la ausencia

de paradas debidas a la falta de cuidado en la lnea de transporte de producto.

3.2 Requerimientos y Restricciones

La transportadora esta construida con una base hecha en acero inoxidable

pulido 316, que es un pulido grado sanitario, este pulido evita que se adhiera

producto derramado en l, producido por la ruptura de algn envase. Tambin

facilita la limpieza y evita que esta sufra daos en su estructura debido a la

oxidacin.

Debido al contacto con agua y qumicos, los sensores que se ubican en

los rieles guas, tienen que estar hermticamente aislados del exterior, teniendo

comunicacin de lectura de emisin de luz infrarroja del emisor al receptor


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solamente por medio del lente hecho en poli-carbonato estos se encuentran

instalados en sus bases con la transportadora.

Estos sensores son de uso industrial, lo que quiere decir que estn hechos

para soportar maltrato por condiciones extremas de temperatura como tambin

de la humedad en el proceso de limpieza del saln.

La cadena transportadora esta hecha de un material termo-plstico, que

tambin posee una superficie lisa, la cual impide que se adhieran materiales, es

fcil de limpiar y resistente.

Al poseer una superficie lisa en la cadena transportadora, se tiene el

problema que el envase asptico pierda friccin, se caiga sobre la lnea de

transporte o se quede fcilmente trabado entre los sensores de presencia

impidiendo el paso para mas envases, por eso se le colocaron unos rieles guas en

la parte superior de la estructura de acero inoxidable, lo que denominaremos el

cuerpo de la estructura.

La estructura es bastante cmoda para armarla, debido a que viene en

piezas de rpido ensamblado, esto para formar una estructura de acuerdo a la

necesidad del cliente. Consta de segmentos rectos de 50 cms. de longitud, de

100 cms. y de 300 cms., curvas de 45, de 90 y de 180 con todos los accesorios

necesarios para ensamblar una estructura, los rieles guas que se encuentran

sobre los segmentos y las curvas pueden ser cotizados para la compra en una sola

medida, o bien pueden ser auto ajustables en la medida de apertura para el paso

del envase sobre la cadena transportadora, en este caso se ordeno auto-ajustables,

esto debido a que se planea tener una mayor gama de productos en esa lnea.


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Para satisfacer las necesidades y cumplir con las restricciones, se ha

propuesto ensamblar la lnea en forma de serpiente, es decir, que el transportador

es de gran longitud, pero optimizando el espacio, este tiene tramos paralelos y

cinco vueltas de 180 para formar un va y viene de producto; esto brinda una

mejor posibilidad de observar todo el recorrido para un mejor control, as como

la opcin de poder llegar a efectuar los arreglos necesarios en caso de falla en un

menor tiempo ya que recorremos una distancia menor para llegar a resolverlo.

Figura 1 Piezas de unin para tramos

Como puede observarse en la figura 1, las medidas de cada arco de 180

esta dada en milmetros, tambin se puede tener una idea de las piezas de unin

para los diferentes tramos, tanto los rectos como las curvas de 90, se tiene la

disposicin de poder tener ciertos grados de incerteza, tanto horizontal comoverticalmente.

Se instal un juego de segmentos de contrapeso, para evitar la falta de

tensin en la cadena transportadora por segmento, este suprime los tirones


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bruscos que se producen en los cambios de velocidad, o la puesta en marcha de

la misma, esto evita que se ocurran cadas de envases en la transportadora.

Existe el segmento de unin de cadenas, driver, o sea donde empieza un

circuito de cadena y termina otro segmento de cadena con velocidad variable, a

este se encuentra instalado el motor que controla la velocidad de desplazamiento

de cada segmento de la transportadora.

Estos son clave para la separacin de tramos autnomos del sistema

completo. Estos dos segmentos, la unin de tramos y contrapeso, tienen unalongitud de 50 cms., se colocaron de la siguiente manera, primero se coloca la

unin, o driver, y despus el contrapeso, en la unin se encuentra ubicado el

motor, este es el encargado de dar la traccin de la cadena.

La capacidad de los motores de traccin, es de 1 horse power o h.p.

(potencia dada en caballos de fuerza) cada uno, estos son idnticos en modelo y

marca Baldor, as se asegura que todos los tramos tengan las mismas

especificaciones en cuanto la regulacin de velocidad y el par de arranque para el

desplazamiento de la cadena transportadora de cada tramo independiente.

Estos se encuentran dentro de una caja hecha en acero inoxidable para

protegerlos del proceso de limpieza, en el cual, el operador realiza un lavado

empleando agua a presin, jabn y ciertos qumicos para evitar que se contamine

el saln.

Dentro de la caja se encuentra en el eje del motor un engranaje hecho de

Baquelita, un material rgido, liviano, durable y de superficie lisa para evitar la

adherencia de materiales, para tener la traccin de la cadena transportadora.


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En la parte inferior de la estructura se coloca una bandeja que contiene el

cableado para la alimentacin de los sensores y de los motores, tendiendo as el

sistema ordenado y de fcil acceso para reparaciones o agregados futuros, as

como modificaciones.

Los gastos hechos por la empresa para este proyecto, en la compra de

materiales necesarios para la realizacin de este proyecto son los siguientes:

Figura 2 Cotizacin de Precios Totales por Empresas

Totales de Cotizaciones

Tetra Pak Partes Transportadora 17673.28

California Accesorios y Panel 11219.00

TECUN Sensores 10600.00

SIEMENS Variadores de Frecuencia 14310.00

INTEK PLC 7865.00

TOTAL 61667.28

Precio Total utilizando los sensores deTECUN 61,667.28

Estos gastos slo representan las piezas que la empresa no posee en su

bodega de repuestos, ya que mucha de la estructura de la transportadora se posee

en bodega, esto como resultado de sobre pedidos anteriores, como lo es la cadena

transportadora grado sanitario, los motores, los contrapesos, rieles gua,

pedestales, vueltas de 90, vueltas de 180 y uniones.

Se puede consultar los listados detallados de las piezas que fueron

solicitadas en cada compaa para comprobar los totales de cada empresa en las

tablas del apndice.


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La empresa ha estado pensando en efectuar este proyecto desde tiempo

atrs, pero no consegua tener el presupuesto para la fabricacin, as como el

personal responsable y capacitado para la fabricacin del proyecto.

Los accesorios que se compraron, han sido seleccionados por su calidad,

as como por su precio, ya que otro propsito del proyecto es el ahorro en la

inversin obteniendo como resultado un sistema de transporte durable, eficaz y

confiable. Se han comprado los accesorios con mayor respaldo y durabilidad,

como tambin de mejor precio.

3.3 Los resultados esperados :

Como el proyecto se propuso para una solucin, se espera una correccin

y reduccin de prdidas debido a paros de la maquinaria relacionada entre el

proceso de llenado y aplicacin de tapa plstica.

La transportadora automatizada de envase asptico propone evitar la

dependencia de un control humano continuo en el proceso de transporte de

envase para su aplicacin de tapa plstica.

Se propone un menor tiempo de control humano, que es muchas veces la

mayor causa de fallas.

Debido a que es un sistema automatizado, este es capaz de tomar

decisiones de acuerdo a las posibles fallas esperadas, las cuales fueron

programadas para que este pueda ser solucionado por el mismo sistema, como lo

son, el regular la velocidad para un mejor acomodamiento del envase en la

transportadora y optimizar el espacio entre los envases, parar un tramo que pueda


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tener una falla como puede ser un obstculo debido a un envase trabado entre los

rieles guas, evitando as que sufran deformacin fsica los dems envases que

quedan tras el obstculo.

Se alerta al operador que la lnea tiene una falla por medio de una

sealizacin lumnica, se decidi en una serie de alarmas lumnicas, debido a que

el operador puede no escuchar si fueran sonoras debido al ruido que existe por el

funcionamiento de la dems maquinaria operando en el saln.

Si ocurre el caso que uno o varios envases se encuentran botados en latransportadora, o sea que no van parados, en una forma vertical, el PLC es

informado por medio de dos sensores de presencia la mala posicin del envase.

Al recibir la seal de un objeto en forma incorrecta, el PLC toma la

decisin de eliminarlo por medio de un selector; este selector es electro-

neumtico, el cual saca por medio de un mbolo al envase de la transportadora

empujndolo hacia un recipiente, el operador puede tener acceso al recipiente y

colocarlos de nuevo en la transportadora de manera correcta.

Al ahorrar tiempo con el control del transporte del envase, el operador

puede tener mayor oportunidad de hacer correcciones o de abastecer la llenadora

con las bobinas, las cintas adhesivas, o llenar de pegamento al aplicador de tapas

plsticas, o poner mas tapas plsticas al aplicador, hacer posible un ambiente

menos estresante para el operador, y as garantizar una produccin mas eficiente

de nctares en envase asptico para la planta de alimentos.

Cuando se consigue tener un mejor sistema de transportacin para el

envase, este sufre menor probabilidad de sufrir daos por rozamiento en los

rieles guas, no sufre deformaciones debidas a la fuerza ejercida por una fila de


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envases como producto del estancamiento en el desplazamiento de los envases

por algn tipo de obstculo en la lnea.

Se obtiene mayor ganancia como resultado del transporte automatizado

eficiente y seguro de envase asptico, debido a la menor cantidad de tiempo

requerido para la produccin y menor cantidad de desperdicio de recursos en la

planta.

Se logra tener una mejor oportunidad para encontrar accesorios y

repuestos para este sistema de transporte automatizado, debido a que estaconstruido con materiales que podemos encontrar en el mercado local; tambin

se tiene la ventaja de obtener menor cantidad de mantenimiento requerido para el

funcionamiento efectivo, as como la del tiempo que se ahorra la empresa por no

tener que requerir de mano de obra extranjera.

El sistema de transporte automatizado para envase asptico cuenta con la

ventaja de tener un bajo costo por estar fabricado con piezas del mercado local,

tambin cuenta la empresa con la gran ventaja de tener un sistema personalizado

a sus requerimientos de produccin, por lo que este sistema se ajusto a las

necesidades de la empresa, y no se tuvo que ajustar la maquinaria de la empresa

a las necesidades del sistema de transporte.

Esto hace que la empresa pueda efectuar los ajustes de programacin en

el momento que sea requerido por algn nuevo tipo de cambio al necesitarse una

ampliacin o modificacin de la lnea de transporte de envase asptico.

En la figura 3 se muestra el recorrido que hace el envase sobre la

transportadora automatizada. En ella se muestra la entrada de envases, se indica

con una flecha la salida de igual manera, esto se hace para comprender el


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desplazamiento lineal que tiene el envase en su recorrido por la transportadora

junto con sus segmentos de velocidad variable.

Se puede tener de una forma detallada la cantidad de cambios de

direccin que se emplearon para poder armar el sistema de transporte, en el

Apndice B en la figura 6 se observa que el sistema de transporte atraviesa un

muro, el cual sirve para aislar de la alta temperatura del equipo a la llenadora, la

que se encuentra en un cuarto con temperatura controlada, esta se mantiene a

unos 25 C.

El trayecto cambia de direccion a la transportadora para evitar que se

acumule el producto, de esta manera se esta optimizando el espacio. Se muestran

algunas medidas de longitud importantes, as como los tramos que conforman a

todo el sistema.

Esta figura puede ser consultada tambin desde el apndice con vistas

tridimensionales para un mejor detalle de los componentes que esta requiere para

el transporte, es en este apndice donde se muestran algunas especificaciones de

las partes que forman este sistema de transporte automatizado para envase

asptico.

Se muestra la localizacin de los puntos en que se encuentran ubicados

los censores de presencia para la regulacin de velocidad por medio del PLC.

Se tiene todos los datos importantes de los diferentes componentes fsicos

que han sido empleados para conseguir la estructura funcional que sea apta para

la industria alimenticia cumpliendo con las normas de sanidad, as como los

requerimientos de transporte de envases aspticos requerido por la Planta.


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Figura 3 Vistas Tridimensionales de Transportadora Automatizada para Envase Asptico

Se aprecia en esta figura las vistas tridimensionales de la trasportadora,

as como el sentido de circulacin del envase, las cajas rectangulares son losmotores de traccin. Se puede hacer una mejor referencia en el Apndice B para

unas vistas ms amplias para un mejor detalle de las piezas unidas a la estructura.

Va aaplicadorDe Tapa

DeLlenadora

DeLlenadora

DeLlenadora

DeLlenadora




VISTAS TRIDIMENSIONALES DE TRANSPORTADORA AUTOMATIZADA PARA ENVASE ASEPTICO


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En la figura 4 se muestran algunas dimensiones importantes que se

consideraron como restricciones de fabricacin. Se puede observar los puntos en

que se encuentran los tramos selectores de envase en posicin horizontal, para la

eliminacin mecnica, as como la ubicacin de los censores de presencia

correcta de envase en la entrada del aplicador de tapa plstica.

Se puede observar la ubicacin de cada motor, los sensores, y donde se

encuentran ubicados los eliminadores de envase botado, tambin se puede ver la

posicin de los tramos de traccin, as como los contrapesos.

La ubicacin del panel de control, en un lugar a la vista, tanto desde la

llenadora as como desde la empacadora, y prosupuesto cerca de la

transportadora. Se tiene en la figura, las vistas del panel, del diseo externo

como del interno.

El panel que esta hecho en acero inoxidable, se muestra en las figura 5, se

pueden ver, la tapadera, o parte exterior, y en la parte interior, esta muestra como

se encuentran puestos los componentes controladores del sistema transportador.


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Figura 4 Transportadora propuesta Automatizada para envase Asptico para la Planta de

Alimentos Maravilla


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Figura 5 Vistas frontal e interna del panel de control

Se aprecia que en la parte exterior, se puede visualizar rpidamente las

manecillas de posicin de encendido o apagado, as como la sealizacin lumnica. Setiene un fcil acceso para el interruptor estilo hongo para efectuar un paro de

emergencia, debido a la buena sealizacin para ubicar donde se encuentra el botn de

paro de emergencia.

En la parte interna se puede apreciar la posicin de cada componente, as como la

ubicacin de la iluminacin y de ventilacin. Se tiene una buena vista en el momento de

hacer algn tipo de cambio o reparacin del sistema de control.

El interruptor principal se encuentra localizado en la parte superior izquierda,

cerca del extractor de aire. Teniendo una buena iluminacin el operador puede acceder a

las conexiones y corroborar si esta todo en su lugar, si es que un contacto no se

encuentra bien apretado, o si se ha zafado alguna Terminal.


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El PLC esta ubicado en la parte superior central, esto para que se de fcil acceso

el Terminal que sirve para el enlace entre el PLC y un computador, aparte de estar en

medio de la trayectoria del flujo de la ventilacin. Los guarda motores y los Drivers se

encuentran la parte inferior cerca del ventilador, ya que estos son los que generan mayor

cantidad de temperatura.


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4. PROGRAMACIN DEL PLC

Para la programacin del PLC es necesario conocer el lenguaje que se va ha

utilizar, ya que los PLC pueden ser programados bajo varios tipos de programacin,

que puede ser: el lenguaje en escalera, lenguaje booleano y lgica de estado o grafcet.

En nuestro caso la programacin esta basada en un formato de lenguaje en

escalera. Esta forma de programacin esta basada en la funcin de componentes

presentes para cada proceso.

La programacin de lenguaje en escalera, esta hecha en una plataforma de

conexiones de componentes, esto hace que el programador pueda realizar el diseo del

programa en base a las conexiones presentes en la maquinaria que estar controlada por

el PLC.

Gracias a la gran ventaja de programar en escalera, se puede tener una mejor

visin en el funcionamiento de cada componente, y la funcin de desempeo de

componentes en cada parte del proceso, de esta manera se puede efectuar una

evaluacin rpida de que componente se encuentra actuando en cada fase de cada

procedimiento para el proceso de transporte de envase en nuestro sistema.

Todo el proceso de programacin nace de una ecuacin booleana, esta es el

resultado de la necesidad de respuestas esperadas debidas a cada posible caso

considerado en una transportadora de envase asptico.

Para poder obtener los resultados deseados es de gran necesidad poder evaluar

las posibilidades de fallas o mal procedimiento en las rutinas de evaluacin para las


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decisiones correctas en el control y correccin de posibles fallas en forma automtica

por la transportadora. As que, se le da un seguimiento de control para observar el

comportamiento del sistema de transporte automatizado para envase.

Si se llegar a encontrar una falla en el funcionamiento, ya sea por falla

mecnica, elctrica o de programacin, se tiene que corregir de la mejor manera posible

para que este sistema trabaje de una manera eficiente y se garantice a la empresa que el

trabajo realizado, para optimizar recursos, es de buena calidad, eficiente y confiable; de

esta manera se brinda un transporte ptimo de producto, y as, cumplir con las

expectativas de la empresa para mejorar su produccin por medio de la mejora de unproceso.

4.1 Lenguaje de Programacin

No todos los autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica

cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en

el mercado y las innovaciones tcnicas que surgen constantemente. Las

consideraciones para referir las ventajas que proporciona un autmata de tipo

medio son que puede ser programado con un lenguaje en escalera, lenguaje

booleano y lgica de estado o grafcet.

Teniendo en cuenta que el PLC puede ser programado de varias maneras, y

se puede tener la opcin de elegir, se ha tomado la decisin de emplear el

lenguaje de fcil entendimiento y de mayor versatilidad de programacin, se

elige el lenguaje en escalera. Un PLC no entiende que es una bobina, un

contacto, etc. Por lo que hay que programarlo adecuadamente para que pueda

hacer trabajar los componentes conectados a l.


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Con el lenguaje de programacin tipo escalera, no es necesario dibujar el

esquema de contactos, debido a que ya esta incluido en el programa compilador

de operacin del Controlador Lgico Programable, en su memoria se almacena

de tal forma que este puede operar sin necesidad de un control contnuo, cuando

esta bien elaborado.

Tambin cuenta con la ventaja de no necesitar la simplificacin de las

ecuaciones lgicas, ya que, por lo general la capacidad de almacenamiento del

mdulo de memoria es lo suficientemente grande.

Primero tenemos que traducir todos los componentes que se emplean en el

sistema de transporte de envase, en smbolos que el PLC pueda entender, ya que

el PLC no entiende trminos como interruptor, rels, luces, etc. El los interpreta

como entrada, salida, contacto, etc.

El PLC no detecta que clase de dispositivo tiene conectado como entrada o

como salida, solo es de inters si se trata de una entrada o de una salida.

Se reemplaza la batera, o fuente, con smbolos. Este smbolo es comn en

todos los diagramas en escalera, se observan lo que llaman barras bus. Estas

barras son nada mas que dos lneas verticales, una en cada lado de la pantalla, se

toma el lado izquierdo como el lado de voltaje positivo (+), y el derecho como

tierra o negativo (-). Luego se considera el flujo de corriente de izquierda a

derecha.

Seguidamente se le dan a las entradas un smbolo. Como ejemplo, tenemos

una entrada del mundo real (un interruptor) se le da el smbolo de -] [-, a la

entrada en que se encuentra el interruptor conectado. Este smbolo puede ser

empleado tambin para los contactos de rels.


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-] - Smbolo para representar contactos NO (normalmente abiertos).

-] / - Smbolo para representar contactos NC (normalmente cerrados)

Luego se le dan smbolos a las salidas. Como ejemplo, si tuviramos

conectada una sirena, le damos a la salida en que esta conectada fsicamente la

sirena, el siguiente smbolo - -, este smbolo tambin se emplea para representar

las bobinas de rels.

-- smbolo para representar bobinas o funciones (bits)

Se tiene que considerar que esta simbologa es la que emplea este programa

en particular, el RSLogix 500, puede que vare en forma segn el programa que

se emplee para programar su PLC.

Figura 6 Lenguaje por funcin de conexin.

En la figura 6 se tiene una muestra de la simbologa empleada por el

programa RSLogix 500, se puede ver la forma de direccionamiento que se le da a

cada componente, as domo de la funcin que genera para controlar una salida.

Segundo: Se programa al PLC para indicarle en donde se encuentran

localizados todos los componentes, es decir, le damos una direccin especfica a


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cada dispositivo conectado fsicamente en el PLC. Las direcciones vienen en un

formato para distincin entre entrada o salida.

Cada fabricante maneja las direcciones de diferente manera, en nuestro

caso la identificacin del direccionamiento se facilita gracias al programa

compilador RSLogix 500, este nos define si cada contacto esta ocupado o vaco,

ya que cuando se le da una direccin ya ocupada, este nos muestra el nombre que

le dimos a ese contacto.

En caso contrario, se le asigna un nombre, el programador puede nombrarloa su discrecin, de preferencia se le dan nombres de la funcin que realiza, por

ejemplo interruptor 1, luz On, sensor 11, etc.

Como paso final, se tiene que dar una secuencia lgica de eventos al

diagrama. Este paso requiere atencin, ya que de este depende la lgica de

secuencia para el funcionamiento ordenado de la transportadora.

El programa escrito le indica al PLC que funcin debe ejecutar para un

evento en particular. Como un ejemplo, de nuestro caso, cuando el operador

acciona el interruptor de Emergencia, el PLC acciona la alarma visual y detiene

la marcha de los motores.

Para programar el PLC es necesario emplear un programa compilador, en

este proyecto se emple el RSLogix 500, este es un compilador que se ha

utilizado para gravar en la memoria del PLC el programa diseado para esta

transportadora especficamente.

Este programa graba tanto en la memoria del PLC como en la de la

computadora empleada para programar a este. Esto es para poder tener una


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copia de seguridad del programa que esta ejecutando el PLC. Todos lo cambios

pueden ser hechos de manera rpida y sencilla utilizando un cable desde el

puerto serial del computador y puede ser evaluado mientras esta corriendo el

programa, con la funcin Verificar Proyecto que viene en el programa, se puede

indicar en que lnea no se ha colocado de forma correcta el orden o si existe

ambigedad de funciones.

El programa esta hecho en una plataforma que puede ser empleada para

varios modelos de PLCs. Se puede tener acceso a su librera de definiciones de

componentes desde la ventana de ayuda, para el empleo correcto de estos en susdiferentes opciones de aplicacin.

Para tener una mejor idea, el programa se encuentra en el apndice, ah se

muestra el programa completo, con los tiempos reales empleados para la

aplicacin especfica del funcionamiento de nuestra transportadora automatizada

para envase asptico.

4.2 Funcin de componentes en cada proceso

Se puede tomar todo el sistema de transporte como uno solo algoritmo,

pero con tramos con funcionamiento independiente en la toma de decisin para

cada proceso, o bien, pueden trabajar en funciones conjuntas, cada segmento de

la transportadora automatizada consta de una serie de rutinas.

En una programacin normal, se puede efectuar un algoritmo de funciones,

se puede tomar cada comando o subrutina para ejecutar una serie de tareas

programadas en un algoritmo de funciones. Para demostracin de este

programa, en la siguiente figura aparece el algoritmo principal de funciones para

cada tramo.


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Figura 7 Algoritmo por Funciones de Componentes

En la figura 7 se puede observar la forma ordenada de proceso de

informacin del Controlador Lgico Programable.

Empieza con una subrutina llamada Motor 1, al terminarla contina

efectuando la subrutina Motor 2, y as continua procesando hasta llegar a la

bifurcacin de decisin llamada: Stop = on, donde si se cumple con la condicin,el proceso termina efectuando un reset de las variables de salida, lo que indica un

paro general, de lo contrario, el proceso se mantiene actuando como un circuito

en lazo cerrado.


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Cada subrutina se nombr de acuerdo con cada tramo que tiene la

transportadora automatizada, incluyendo la fase de seleccin o eliminacin de

envases botados sobre la cadena, esto es debido a la independencia de tramo que

se desea tener.

Aqu podemos tener velocidades distintas, o sea que si el tramo 3 esta

obstaculizado, el tramo 2 puede estar desplazando el envase a la velocidad

normal, y puede que el tramo 1 se encuentre en la velocidad media, o sea

despacio, la cual nombramos slow en el programa en escalera.

Cada tramo es controlado en velocidad de desplazamiento de envase de

acuerdo a la lectura que se recibe desde los sensores pticos que se encuentran

ubicados en el inicio y casi al final de cada tramo respectivamente.

Entonces de esta manera el PLC conoce cul tramo es el que se encuentra

con mayor cantidad de envase y cual no, este toma la decisin de poner el tramo

en una marcha normal, despacio o efecta un alto, ya sea a un tramo o a dos, o si

es necesario a los tres.

Al controlar la velocidad de desplazamiento, el envase sufre menos

cantidad de deterioro debido a la presin que ejercen los envases sobre ellos

mismos al estar estos obstaculizados en su paso y la cadena contine en

movimiento.

Se dispone de mayor cantidad de tiempo para efectuar una correccin en el

sistema de transporte, y se disminuya la cantidad de paradas de la llenadora, lo

que nos garantiza una menor cantidad de producto desperdiciado, la cual nos

garantiza menos perdidas de produccin.


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En la subrutina nombrada Eliminador, el PLC Recibe la lectura desde un

par de sensores ubicados en una forma vertical, a los que se les denomina Sens

Up y Sens Down, ubicados en cierto punto de la transportadora, la cual posee en

un solo costado rieles gua, al detectar solo un sensor, Sens Down, esto le indica

al PLC que el envase se encuentra botado, por lo que se requiere que se elimine

de la transportadora, caso contrario el Cap Applicator detectara una falla en el

sistema y detendr la produccin hasta que el operador llegue a removerlo, por

esta razn se implemento el selector de envase.

4.3 Variables a manejar

En el programa para el control de la transportadora automatizada, se

manejan como variables del programa: Las velocidades de operacin de cada

segmento de operacin individual que depende del funcionamiento de un motor

individual con sus respectivas alarmas visuales y el selector de envase mal

colocado.

El manejo de las velocidades de cada segmento, nos permite que se

acomode el envase solo donde este sea necesario, maniobrando la velocidad de

desplazamiento a los tres segmentos de una manera individual, pero si los tres

segmentos se encuentran con problema, el sistema agrupa estas variables

ejecutndolas en el programa como a una sola variable y la procesa para ejecutar

la funcin de alarma.

Segn se puede observar en las grficas, en cada subrutina se emplean

diferentes variables, el nombre de cada subrutina proviene del segmento o

proceso que efecta un trabajo especfico en todo el proceso que lleva el envase

para su de transporte y nuevo proceso.


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Figura 8 Funciones por Tramo

Como se observa, las subrutinas vienen en funcin de los componentes que

interactan en cada segmento de la transportadora, todo el conjunto de subrutinas

que conforman el programa, elaborado como un algoritmo, puede ser consultado

en el apndice, esto para tener un mejor conocimiento del programa y su

funcionamiento cclico de acuerdo a las decisiones tomadas en cuenta para unafuncin especfica.

Los sensores que se encuentran ubicados en el inicio y casi al final de cada

tramo, son los que dan la lectura de la acumulacin y no acumulacin de envase

sobre la transportadora.

Haciendo referencia de un solo tramo, la lgica del algoritmo nos indica unrecuento de tiempo en el primer sensor, por lo que si se cumple, el motor reduce

la velocidad de su marcha, si esta seal persiste, junto con la seal del siguiente

sensor ambas en funcin AND, el sensor que se encuentra ubicado casi al final

del tramo, entonces se efecta un paro, el cual puede ser momentneo.


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Esto porque si no esta obstaculizado el paso del envase, el tramo anterior

despejar el sensor del inicio y esto es interpretado como marcha, al empezar con

el desplazamiento se vuelve a despejar el segundo juego de sensores, por lo que

el motor solo dar marcha lenta, hasta que se normalice el flujo de envase,

entonces los tramos estarn en marcha normal.

Mientras un tramo este en conflicto, no se encuentre operando a velocidad

normal, el PLC ejecuta la funcin de cambio de frecuencia de operacin del

motor del tramo correspondiente, pero tambin informa al operador, enviando

una seal por medio de una alarma ptica, esta es una luz que parpadea,indicando el tramo en conflicto.

Esta luz se encuentra en el panel de control, donde es de fcil visualizacin

para el operador, para que sea rpida la correccin si es necesaria en la

transportadora o en la taponadora, Cap Applicator.

La velocidad normal de deslizamiento de envase vista desde el motor en

frecuencia, es de 60 Hz, que se traduce en desplazamiento a 37 cms/seg, esto es

equivalente a 2.7 seg por metro de desplazamiento.

A esta velocidad se efecta el recorrido de 30.2 mts en 81 segundos, se

llenaria en cuestin de 4.36 minutos en relacin a la produccin.

En velocidad lenta, o Slow, de desplazamiento de envase, el motor trabaja a

una frecuencia de 40 Hz, que se traduce en desplazamiento a 24.5 cms/seg, esto

es equivalente a 4.05 seg por metro de desplazamiento.


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Mientras que en esta velocidad se llevara 123.3 segundos en transportar un

envase hasta el aplicador, lo que equivale a unos 2 minutos, con 42 segundos de

retraso que la velocidad nominal.

Se puede ver que el operador puede contar con un tiempo mximo de 265.6

segundos, o sea 4.43 minutos para efectuar una correccin o ajuste.

Otro caso es el de la ausencia total de envase, los sensores proporcionan la

lectura de carencia de envase sobre la transportadora, lo que provoca que exista

un paro de motores para un ahorro en el consumo de energa.

Cuando el sistema esta en ahorro de energa, la luz piloto de cada tramo se

encuentra apagada, pero la luz de On general permanece encendida, indicando

que el sistema esta funcionando normalmente, solo se encuentra esperando que

llegue producto en el sistema para iniciar la marcha.

Con la opcin del selector, que en el algoritmo se ve sencilla, esta puede ser

empleada cuatro veces en la transportadora, pero surge la idea de poder probar de

una forma mecnica y mucho mas barata en el proceso de eliminacin de envase

botado sobre la cadena de la transportadora, as que se eliminaron tres.

Estos tres segmentos selectores se encuentran ubicados en la parte media de

cada proceso de manipulacin de velocidad, y el selector se encuentra en la parte

final de la transportadora.

En un segmento anterior al Cap Applicator, esto es debido a que aqu se

produce una acumulacin temporal de envase, y debido a la fuerza que ejercen

los envases entre ellos debido a la traccin de la cadena, estos envase botados no


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pueden ser eliminados va fuerza gravitacional, as que se requiere de una mayor

fuerza para efectuar la eliminacin al sacarlo de la lnea.

4.4 Ecuacin Algortmica

La ecuacin responsable de la elaboracin del programa interno para el

control de la transportadora automatizada para envase asptico en la planta de

alimentos, nace a partir de la necesidad de hacer funcionar correcta y

eficientemente el transporte de envases en una forma que requiera una menor

cantidad de supervisin humana, es decir que se comporte de una formaautnoma.

Se tom en cuenta en que momentos se requiere que funcione la

transportadora, considerando el funcionamiento deseado, se proponen la

situacin de funcionamiento normal, en la que la transportadora opera

normalmente, se esta explicando en la operacin individual de cada tramo, en el

momento que se empiece a acumular envase en la cadena transportadora y se

forma una larga fila debido a que la acumulacin sigue dndose, se debe de

proteger el envase manteniendo su forma fsica reduciendo la presin ejercida

por la acumulacin, esto hace necesario una reduccin de velocidad, si persiste la

acumulacin despus de realizada la disminucin de velocidad, es necesario

parar el desplazamiento de la transportadora, ya que la acumulacin entonces es

producida por una falla que puede ser producida en el trayecto de la

transportadora, o bien en el aplicador de tapa, o hasta en el paletizador.

Al efectuar el paro de transporte, se debe de notificar al operador que el

sistema ha tenido que ser detenido por motivo de falla. Se va deteniendo tramo

por tramo, notificando al operador de cada tramo que ha sido deshabilitado, para

que cuando el sistema colapse completamente, el operador ya ha tenido tiempo


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para que tome las medidas necesarias para detener la llenadora, esto se har solo

en caso necesario, nicamente si el equipo siguiente no puede ser arreglado con

tiempo antes que la transportadora sea sobrepasada de sus lmites en el

acomodamiento de envase.

La ecuacin nace de la necesidad de reportar que en el inicio del tramo se

encuentra producto acumulado, al pasar por lo menos 5 segundos con el sensor

activado, este esta ubicado en la parte final del trayecto del envase en el tramo, el

censor es nombrado con el nmero de tramo inicialmente, y su posicin debido a

la acumulacin, al ser el primero en acumulacin o el segundo, por ejemplosensor 21, el PLC ejecuta la funcin para disminuir la velocidad.

Si la acumulacin persiste, el tramo se empieza a llenar, hasta tener en un

85% de su totalidad de trayecto lleno de envase, se tiene un segundo juego de

sensores que detectan la presencia de envases, por ejemplo el juego llamado

sensor 22, si se tiene una funcin AND entre el primer juego de censores y el

segundo, por ejemplo Sensor 21 AND Sensor 22, pero que se cumpla la funcin

en por lo menos 5 segundos que equivale a unos 52.5cms de longitud ocupada

por envases sobre la transportadora, el PLC recibe la seal, y ejecuta el paro

momentneo de la lnea esperando que se realice un cambio en la funcin AND,

o sea que empiece el envase a moverse sobre la transportadora debido a que ya se

ha resuelto el problema, al empezar a funcionar de nuevo el desplazamiento

lineal, este inicio es de manera suave, es de

FABRICAION Y AUTOMATIZACION DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE PARA ENVASE ASEPTICO EN UNA PLANTA DE...

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