CAPITULO I 1 1.1

ANTECEDENTES PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En la actualidad el mercado nacional tiene cerca de 60 empresas que envasan agua sin gas y cada una de ellas como es natural tienden a ganar mercado generándose un ambiente de competitividad entre las empresas. El tener un sistema que facilite: la adquisición de datos, supervisión y control del proceso; permite mejorar: costos de producción, calidad del producto, ahorro de tiempo y optimización de los recursos que se emplean. Los mismos que son factores importantes en la elaboración del producto. 1.2 •

JUSTIFICACION. En la actualidad la comunicación digital, soportada por componentes de hardware y de software, han permitido implementar prestaciones de gran trascendencia en el diseño de los sistemas de automatización de plantas. El monitoreo de la producción permitirá crear una base de datos que facilitan la generación de reportes e históricos.

•

Todo proceso productivo con cierto grado de automatización debe disponer de un sistema de supervisión que proporcione la información imprescindible para la toma de decisiones basadas en la propia información del proceso y otras informaciones del resto de la organización.

•

La empresa debe ser competitiva para poder mantener y aumentar su mercado, siendo para ello necesario que se optimice todo su proceso de producción .

•

Se aprovecharía al máximo los recursos disponibles reflejándose directamente en una disminución de los costos de producción.

1.3

ALCANCE.

Se Implementará un sistema de Supervisión, con la capacidad de comunicarse con varios dispositivos de campo, aun siendo de distinta procedencia y fabricantes; lo mismo que facilitará la Adquisición de Datos, permitiendo de esta manera determinar los niveles de Producción, establecer Programas de Mantenimiento en base al tiempo de funcionamiento y generación de Reportes. El HMI facilitará la información de la Producción tanto en tiempo Real como Históricos, visualización de Alarmas y las distintas etapas del Proceso.

1

Además se realizará un Manual de Usuario el mismo que servirá para el Personal de Mantenimiento 1.4

OBJETIVO GENERAL. •

Disponer de la información generada en el proceso de fabricación

para

posteriormente archivarse en una base de datos de la planta, la que a su vez puede integrarse a futuro con el sistema administrativo, dando lugar a la implementación de una estrategia dinámica de manejo integral de personas, procesos, información, estructura y tecnología para proporcionar un método mas eficaz de gestión y obtener ventajas competitivas para la empresa. 1.5

OBJETIVO ESPECIFICOS •

Implementar un sistema SCADA que permita monitorear el proceso, aprovechar esa información para elaborar un mantenimiento programado en función de horas de trabajo.

•

Ahorro de tiempo y energía eléctrica, reducción de horas hombre en la elaboración del producto.

1.6

CUESTIONAMIENTOS.

Se plantea el ahorro de recursos a través de la optimización del proceso de llenado de galones de agua mediante un sistema de monitoreo que presenta una relación costo beneficio favorable. Será posible que con la ejecución del proyecto de supervisión se consiga:

1.7

•

La programación de los dispositivos de campo

•

Se recibirá información de diagnóstico del proceso de producción

•

Distribuir funciones de control entre los dispositivos

•

Tener la disponibilidad de información para mantenimiento predictivo.

METODOLOGIA.

Para el desarrollo del proyecto se empleará el método inductivo, partiendo de la observación del proceso de llenado, estudiándolo de tal manera que se puedan monitorear todos los parámetros requeridos para realizar una producción con calidad.

2

1.8

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO.

El proceso de llenado de agua lo dividiremos en varias etapas 1 : • Carga • Lavado • Llenado • Inspección • Despacho

1.8.1 Carga. Empieza con la alimentación de envases vacíos a través de cadenas transportadoras formando una fila a la espera de ingresar a la zona de lavado.

1.8.2 Lavado Una vez ubicado los envases a la entrada son ingresados a la lavadora por una mesa de carga empleando un sistema neumático que alimentara a la lavadora conforme vayan lavándose los envases. La etapa de lavado empieza con un pre-enjuague tanto exterior como interior del envase para evitar la acumulación de sólidos en las etapas posteriores, luego ingresa a la etapa de lavado donde el envase es rociado con una solución detergente a alta temperatura y presión tanto en su parte exterior como interior esta ultima se la realiza en forma intermitente mientras que la limpieza exterior es continua a lo largo de la zona de lavado, luego continua por la zona de pre-enjuague donde se rocía al envase con agua igualmente a alta presión cabe indicar que antes y después de esta etapa el envase pasa por las estaciones de barrido de humedad a fin de evitar el arrastre de solución detergente y agua respectivamente a la próxima zona de enjuague. Inmediatamente pasa a la zona de sanitizado y lavado aquí se realiza la desinfección de la parte interior del envase donde se rocía de agua con ozono a alta presión incluida la parte exterior del envase. Finalmente el envase pasa a la mesa de descarga para enseguida ser depositado en un transportador que lo llevará a la llenadora.

1

MAPER Modelo LA2-450, Manual de Operación

3

1.8.3 Llenado Un sensor ubicado a la entrada de la llenadora deja pasar los envases a ser llenados con la ayuda de un sistema neumático los envases se ubican justo debajo de las válvulas para ser llenados y tapados a la salida de la llenadora.

1.8.4 Inspección visual A continuación pasa por un lente donde se podrá visualizar si en su interior se encuentra algún objeto extraño de ser así el envase es separado caso contrario lleno el envase es codificado y colocado un anillo de seguridad en la tapa que después es termo fijado garantizando su contenido interior.

1.8.5 Despacho Una vez culminado su proceso de llenado el envase es colocado y apilado en paletas para proceder a ser despachados y distribuidos al mercado nacional.

Figura 1.2. Proceso de Llenado de botellones de agua El proceso es realizado por la máquina que poseen varios dispositivos de campo como sensores de proximidad, termocuplas, electro válvulas, actuadores neumáticos etc.

4

1.9

DIFICULTADES EN EL PROCESO DE LLENADO.

Las dificultades que se tienen en la línea de embotellado se resumen en la siguiente tabla: POSIBLE FALLA

CAUSA

Los botellones se atrancan en la mesa de cargue.

Mala disposición de los botellones en la Los botellones golpean contra los mesa de cargue. copones porta-botellones y no son Botellón defectuoso arrastrados por la canasta.

Existe trasiego entre zonas de lavado

Mala orientación de las boquillas de riego. Falta de cortinas para dividir las zonas de lavado.

Mezclas de solución de lavado con agua de enjuague. Mayor consumo de agua y detergente.

Las bombas centrífugas se disparan

Elemento extraño en el impeler de la bomba. Balinera de la bomba en mal estado Falta(n) alguna(s) boquillas en el modulo de lavado. Tamices de filtración

Los módulos de lavado y/ o enjuague de la lavadora no funcionan. La presión es demasiada baja en las boquillas de riego. Taponamiento en las boquillas de riego. La solución de lavado no alcanza la temperatura de trabajo.

Poca presión de lavado.

Poca Temperatura en el tanque de lavado.

El agua producto se derrama al ser envasada

Las válvulas de llenado no se abren.

Los tapones no llegan al túnel de taponado. El botellón es parcialmente tapado La línea de aguas ha disminuido su rendimiento de producción

CONSECUENCIA

Los tubos del intercambiador de calor se encuentran demasiados sucios. Deficiencia en las resistencias eléctricas provistas en el tanque de lavado Selección incorrecta del tamaño del botellón. Mala programación del tiempo de llenado. Los sensores de posición de botellón no han sido activados. No existe suficiente presión para abrir la válvula neumática Atascamiento en la tolva de tapones. Ausencia de tapones en la misma

Perdida del agua producto por envasar. Derrame al piso, humedad. Falla o atranque de los sensores de llenado.

Los botellones salen de la taponadora sin su respectivo tapón. El botellón arrastra el tapón pero no es tapado adecuadamente

Poca presión en la banda invertida de taponado. Poca presión en el cilindro de taponado Ajuste inadecuado del regulador de Todos los sistemas neumáticos presión (debe estar entre 70 – 80 PSI) de la operan muy pausadamente. Falta de mantenimiento en los filtros de la unidad.

Tabla 1.1 Fallas Se plantean los problemas que existen en el proceso de embotellado con la finalidad de determinar y registrar mediante el programa de monitoreo porque, como y cuando se han suscitado.

5

Es una guía para el operador y técnico en caso de presentarse una falla, es suficiente saber cual es la falla para determinar los elementos o dispositivos que con lleva a ese daño y con ello dar una solución inmediata de la falla 1.10

VARIABLES A MONITOREAR

La línea de llenado Maper se la puede analizar para efectos de control eléctrico dividiéndola en las siguientes etapas: TRANSPORTES. Esta conformada por los siguientes transportes de envases: Transportes 1 y 2 tienen la opción de ser encendidos y apagados desde una caja de pulsadores ubicados a la entrada de la lavadora. Transporte de entrada 1 es accionado por un motor reductor comandado por el contactor Q29-1 desde la salida (Q2.0) del PLC ubicado en el tablero principal del lavado, que alimenta botellones vacíos desde la entrada. Transporte de entrada 2 es accionado por el motor reductor comandado por el contactor Q29-3 desde la salida del PLC Q2.1, que alimenta botellones vacíos a la entrada de la lavadora previa orden de alimentación coordinada con la alimentación de dos botellones contada por un sensor fotoeléctrico I3.0. Los transportes de salida 2 y 3 a igual que el caso anterior poseen una caja de control de puesta en marcha la misma que esta ubicada a la salida de la llenadora, el PLC recibe las señales para el control e indicación de alarmas por disparo térmico, las direcciones respectivas se las puede determinar observando la Tabla 1.2.de designación de I/O. LAVADO. La lavadora permite el tratamiento adecuado de las superficies en contacto con el líquido a consumir, deben actuar sobre las células vegetales de los microorganismos, cumpliendo con la esterilización de los botellones sin afectar adversamente el producto y que no presenten riesgos para el consumidor, así como también la apariencia y limpieza exterior del botellón.

6

Tiene un transporte interno que permite recorrer el envase por tres etapas que son: •

Prelavado

•

Lavado

•

Enjuague

Prelavado al ingresar el botellón a esta etapa primero debe existir el nivel adecuado de agua en el tanque correspondiente a esta etapa caso contrario los electrodos del control de nivel envían una señal al PLC (I3.8 y I3.9) indicando que debe abrir la electro válvula Q4.4 que permite el ingreso de agua hasta llegar a su nivel de trabajo para inmediatamente entrar en funcionamiento la bomba de pre lavado Q2.3 que rociara el interior del botellón a fin de eliminar la mayor cantidad de sólidos alojados en su interior. Lavado y Enjuague el proceso es similar al caso anterior con la variación de que solo para el lavado en vez de agua se rocía al envase con una solución detergente a 70 ºC cuya temperatura es monitoreada y controlada por el PLC. LLENADO Una vez culminado el proceso de lavado el envase esta listo para ser llenado con agua, al continuar su trayectoria hacia el llenado la presencia del envase es receptada por el sensor de entrada a la llenadora ( I5.2) el mismo que permite pasar solo tres envases a la vez para iniciar el ciclo de llenado, paso que es controlado por dos pistones neumáticos accionados por las salidas (Q6.3 y Q8.4), el conjunto de válvulas de llenado es accionado por un sistema neumático (Q6.5, Q8.3) comandado por el PLC concluido el tiempo de llenado el envase es evacuado a través de su transportador para continuar con la siguiente etapa. La dirección de las señales de los sensores de entrada y salida de la llenadora así como de las señales de activación del sistema neumático se las puede ver en la Tabla 1.2. TAPADO Las tapas son colocadas por el operador de la máquina en una tolva en donde se orientara la tapa (Q2.8) de manera que pueda ingresar a una guía para terminar ubicándose en el pico del bidón, luego una cadena invertida (Q2.9) presionada por un pistón neumático culminara el tapado de manera que la tapa sellara herméticamente el envase y finalmente se colocara manualmente un anillo de seguridad para luego ser termo fijado y codificado. 7

Las señales de salida correspondientes tanto para el ordenador de tapas como para la cadena de tapado se pueden apreciar en la tabla 1.2. Sobre el tablero de la llenadora esta ubicada una baliza de cuatro colores que ayudan al operador a determinar el estado de la máquina. •

El color verde (Q6.9) indica el funcionamiento de la máquina ya sea en modo manual o auto.

•

El color rojo (Q6.10) indica el disparo térmico y paro de emergencia.

•

El color amarillo (Q6.11) indica la falla en presión de bombas de agua de lavado.

•

El color incoloro (Q8.2) indica alarma por alta o baja temperatura.

8

VARIABLE

DESCRIPCION

MODBUS

PLC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

I1,3 I1,4 I1,5 I3,8 I3,9 I3,10 I3,11 I3,13 I5,13 I5,14 I7,3 I7,4 I7,5 I7,6 I7,7 Q2,2 Q2,3 Q2,4 Q2,5 Q4,4 Q4,5 Q4,6 Q4,7 Q4,8 Q4,9 Q4,10 Q4,11

DISPARO TERMICO MOTOR BOMBA DE LAVADO DISPARO TERMICO MOTOR BOMBA DE ENJUAGUE DISPARO TERMICO MOTOR BOMBA DE PRE ENJUAGUE NIVEL SUPERIOR TANQUE 1 NIVEL INFERIOR TANQUE 1 NIVEL SUPERIOR TANQUE 2 NIVEL INFERIOR TANQUE 2 MESA DESCARGUE ABAJO FALLA EN VALVULA ENTRADA AGUA T1 FALLA EN VALVULA ENTRADA AGUA T2 FALLA EN VALVULA DE LAVADO FALLA EN VALVULA DE PRE ENJUAGUE FALLA EN VALVULA DE ENJUAGUE FALLA EN VALVULA DE ENJUAGUE FINAL FALLA EN VALVULA DE VAPOR CALENTAMIENTO BOMBA LAVADO BOMBA ENJUAGUE BOMBA PRE ENJUAGUE TRANSPORTE INTERNO VALVULA ENTRADA DE AGUA T1 VALVULA ENTRADA DE AGUA T2 VALVULA DE BARRIDO VALVULA DE LAVADO VALVULA PRE ENJUAGUE VALVULA ENJUAGUE VALVULA ENJUAGUE FINAL VALVULA VAPOR CALENTAMIENTO

40361.00 40361.01 40361.02 40361.11 40361.12 40361.13 40361.14 40251.13 40361.03 40361.04 40361.06 40361.07 40361.08 40361.09 40361.10 40251.02 40251.03 40251.04 40251.05 40301.00 40301.01 40301.02 40301.03 40301.04 40301.05 40301.06 40301.07

%MW360:X0 %MW360:X1 %MW360:X2 %MW360:X11 %MW360:X12 %MW360:X13 %MW360:X14 %MW250:X13 %MW360:X3 %MW360:X4 %MW360:X6 %MW360:X7 %MW360:X8 %MW360:X9 %MW360:X10 %MW250:X2 %MW250:X3 %MW250:X4 %MW250:X5 %MW300:X0 %MW300:X1 %MW300:X2 %MW300:X3 %MW300:X4 %MW300:X5 %MW300:X6 %MW300:X7

28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

I1,15 I1,2 I1,7 I1,8 I1,11 I1.6 Q2,0 Q2,1 Q2,6 Q2,7 Q2,10

DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE ENTRADA 1 DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE ENTRADA 2 DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE SALIDA 1 DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE SALIDA 2 DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE SALIDA 3 DISPARO TERMICO MOTOR TRANSPORTE INTERNO TRANSPORTE ENTRADA BOTELLONES 1 TRANSPORTE ENTRADA BOTELLONES 2 TRANSPORTE SALIDA BOTELLONES 1 TRANSPORTE SALIDA BOTELLONES 2 TRANSPORTE SALIDA BOTELLONES 3

40351.15 40351.00 40351.02 40351.03 40351.11 40351.01 40251.00 40251.01 40251.06 40251.07 40251.10

%MW350:X15 %MW350:X0 %MW350:X2 %MW350:X3 %MW350:X11 %MW350:X1 %MW250:00 %MW250:01 %MW250:06 %MW250:07 %MW250:10

39 40 41 42 43 44 45 46

I1,9 I1,10 I1,13 I1,14 I5,7 Q6,5 Q6,9 Q6,10

40371.00 40371.01 40371.02 40371.03 40251.15 40251.11 40401.00 40401.01

%MW370:X0 %MW370:X1 %MW370:X2 %MW370:X3 %MW250:X15 %MW250:X11 %MW400:X0 %MW400:X1

47 48

Q6,11 Q8,2

40401.02 40401.03

%MW400:X2 %MW400:X3

49

Q8,3

DISPARO TERMICO MOTOR TOLVA GIRATORIA DISPARO TERMICO MOTOR BANDA INVERTIDA DISPARO TERMICO MOTOR BOMBA DE LLENADO DISPARO TERMICO MOTOR BOMBA DE REBOSE ARRANQUE LLENADORA CILINDRO SUBE BAJA LLENADO BALIZA 1 FUNCIONA MANUAL/AUTOMATICO VERDE BALIZA 2 DISPAROS TERMICOS Y PARO DE EMRGENCIA ROJO BALIZA 3 FALLA PRESOSTATOS AMARILLO BALIZA 4 ALARMA ALTA Y BAJA TEMPERATURA INCOLORA VALVULA DE LLENADO

40251.12

%MW250:X12

LLENADORA

LAVADO

ITEM

TRANSPORTES

MAQUINA

Tabla 1.2. Variables a monitorear

9