Propuesta de actualización de la tecnología de control de la línea

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación Ingeniería Electrónica
PROPUESTA DE ACTUALIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE
CONTROL DE LA LÍNEA APV 1
Por
Luis Augusto Colmenares Mirabal
Realizado con la Asesoría de
Ing. Armando Coello (Tutor Académico)
Ing. Neil Barrios (Tutor Industrial)
INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÒN
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al Título de
Ingeniero Electrónico
Sartenejas, Marzo 2005
Universidad Simón Bolívar
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
PROPUESTA DE ACTUALIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE CONTROL DE
LA LÍNEA APV 1
INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÒN
Presentado por: Luis Augusto Colmenares Mirabal
Realizado con la Asesoría del Prof. Armando Coello y del Ing. Neil Barrios
RESUMEN
En este libro se presenta un análisis de una propuesta de actualización del esquema de
control de la Línea Extrusora de Cereales Expandidos APV 1, ubicada en la Planta Alfonzo Rivas
Consumo, ARCO, perteneciente a la División de Consumo Masivo de la Corporación Alfonzo
Rivas & Cía., ubicada en La Encrucijada Edo. Aragua. El propósito de la propuesta es sentar las
bases de un proyecto de modernización que permita llevar a la línea APV 1 a los estándares
actuales para sistemas de instrumentación y control industriales, haciendo énfasis en las
capacidades de control, operación y configuración a distancia de la maquinaria que compone la
Línea. Su finalidad es servir de guía preliminar a los directivos de la Planta ARCO, señalando los
criterios de ingeniería electrónica necesarios para la ejecución del mencionado plan de
modernización y mejoras. Este documento se basó en una investigación de campo, que permitió
conocer la realidad actual de la Línea APV 1. El estudio determinó que el conjunto de maquinas
presenta fallas y potencialidades en su sistema de instrumentación y control susceptibles de
corregirse y explotarse, cambios que permitirían incrementar su operatividad y su rentabilidad con
una inversión razonable. Ante estos resultados, se presentan los lineamientos de un plan de mejoras,
y la oferta de una empresa contratista externa basada en dichos lineamientos. Como agregados se
incluyen otros proyectos secundarios que se estudiaron de forma simultánea.
PALABRAS CLAVES
Extrusión, Lazos de Control, Sistemas de Control y Monitoreo Remoto.
Este trabajo está dedicado a,
A mi Mamá por ser la vida que impulsa la mía
A mi Papá, que me ha mostrado siempre lo que quiero ser: un Ingeniero Integral
A mi Hermano por ir siempre abriéndome el camino, no sólo como Ingeniero
A mis Abuelas, porque a ellas debo lo que tengo
Al equipo de Mantenimiento de Planta Consumo, Líderes Solucionando, por mostrarme
como será el vivir mi vocación, y por hacerme sentir útil
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por todo
A la Iglesia, por ayudarme a entender como es Dios
A Venezuela, por ser aun la tierra donde quiero hacer mi vida
A mi Papá y a mi Mamá, por mostrarme que el trabajo duro y el sacrificio dan frutos
A mis Abuelas, por el empeño de querer que todos seamos cada vez mejores, y más humildes
A mi Hermano, por el ejemplo
A mi Familia, por apoyarme y motivarme siempre
A mis Tutores, Profesores y Compañeros de Trabajo, por ayudarme a guiar mis esfuerzos
A Instrumentación Consumo, por apoyarme y hacerme parte del equipo
A mis Panas, por la compañía en el camino
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN……………………………………………………………………………….. i
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………. iii
INDICE GENERAL …………………………………………………………………….. iv
LISTA DE FIGURAS …………………………………………………………………… vi
LISTA DE TABLAS ……………………………………………………………...…….. vii
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………… 1
CAPÍTULO II
FUNDAMENTOS TEÓRICOS ……………………………...……………..……. 8
Introducción ………………………………………...…………….…………….…..8
Lazos de Control y Regulación ………………………..…………………………... 8
Procesos de Tipo Continuo ………………………………..……………..……….. 10
Procesos de Tipo Discreto …………………………………..…………………..... 11
Controladores Digitales …………………………………………..…………....…..11
Sistemas de Supervisión y Adquisición de Datos Industriales ………………….....13
Extrusión en la Industria de Alimentos …….……………………………….….. ..13
Definición …...………………………………………………………….….13
Efecto de las condiciones de procesamiento sobre el producto alimenticio .14
CAPÍTULO III
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CEREALES
EXTRUIDOS………….……………………………………................................. 16
Introducción ………….……………………………………………..…………..... 16
Descripción del Proceso de Producción de Cereales por Extrusión …....................16
Lazos de Control de La Maquinaria Extrusora APV 1 ………............................... 19
Sistema de alimentación y entrada de ingredientes ……………….…..….. 21
Velocidad de los ejes de la máquina extrusora ……………..…….…….… 23
Velocidad de corte de las cuchillas ………………………..….…………... 25
Temperatura de las zonas de calentamiento ……………............................ 26
Lazos de Control del conjunto de hornos …………….…………….….….……… 27
CAPÍTULO IV
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ……………..……………………….. 29
Introducción …………………………….………………………………………... 29
Descripción del problema …………….…………….…………………………….. 29
Sistema de alimentación y entrada de ingredientes ……….……………… 29
Velocidad de los Ejes de la maquinaria Extrusora ……….………………. 30
Control de los Lazos de Temperatura ……………………….………..…... 30
Lazos en General ………………..…………………………...………….... 30
Objetivos del proyecto ………………………………………………………….…30
CAPÍTULO V
RESOLUCIÒN DEL PROBLEMA …………………………….……………… 32
Introducción …………………………………………………………………….…32
Descripción de los dispositivos requeridos ………………………….…………… 32
Bloque de Comunicación ……………………………….….……………... 32
Sistema de supervisión …………………...………………………………. 33
Esquemas de control propuestos ………………………………………….……... 34
CAPÍTULO VI
RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES………………………….…..… 36
Introducción ……………………………………………………………………… 36
Sistema de alimentación de ingredientes sólidos ……………………………….... 36
Velocidad de los ejes del extrusor …………………………………….…………...36
Zonas de calentamiento …………………………….…………………………….. 38
Lazos en general …………………………………….……………………………. 40
Propuesta ……………………………………….………………………………….41
Análisis de Propuestas Externas ………….………………………………………. 42
Descripción de equipos …………………………………………………… 42
Procesamiento de información ………………………………..…... 42
Equipos Actuadores y de Interfaz ……………………………..….. 44
Conclusión Final ………………………….………………………………….…… 46
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS …………………………...……………………. 48
ANEXOS
A.
PROPUESTA
DE
MEJORA
DE
LA
TECNOLOGÍA
DE
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE LOS TANQUES DE JARABE DE
LA LÍNEA APV 1………………………………………………………………..50
B. SISTEMA DE CONTEO DE DOCE DOCENAS DE BOLSAS…………. 56
C. ELEMENTO TEMPORIZADOR DOBLE ………….…………………….. 61
D. VARIOS……………………………………………………………………… 52
LISTA DE FIGURAS
I.1 Organigrama funcional de la planta Alfonzo Rivas Consumo (ARCO), y de la
superintendencia de mantenimiento ARCO …………………………………………... 4
II.1 Esquema general de un sistema de control ………………………………………….… 8
II.2 Arquitectura Básica de un Controlador Digital ……………...……..…………….…. 12
III.1 Esquema general del sistema de recepción y alimentación de ingredientes……...…. 17
III.2 Horno Secador de 6 metros ……………………………………...………………….. 18
III.3 Tanques de mezcla de jarabe de cobertura ………………...…………………………20
III.4 Detalle del horno tostador de 9 metros y la salida del tambor de recubrimiento……. 20
III.5 Detalle del sistema de entrada de mezcla de ingredientes sólidos…..…….……….... 23
III.6 Esquema de montaje de las cuchillas a la salida del sistema extrusor …..………….. 25
V.1 Esquema de funcionamiento del sistema de supervisión de proceso……….……….. 34
VI.1 Esquema propuesto para el lazo del sistema de alimentación ……………….….….. 37
VI.2. Esquema propuesto para el lazo de control de la velocidad de los ejes del sistema
extrusor……………………………………………………………………………….…… 38
VI.3 Propuesta de controlador multi-lazo ……………………………….……….………. 38
VI.4 Control multi-lazo centralizado ………………………….……………………….… 39
VI.5 Esquema propuesto para el sistema extrusor completo …………………………….. 40
A.1 Esquema de control actual de los tanques de jarabe ……………………………..….. 51
A.2 Esquema de control local propuesto para los tanques de jarabe ………………..…… 52
A.3 Esquema de control local con supervisión remota propuesto para los tanques de
jarabe……………………………………………………………………………………… 54
A.4 Flujograma del algoritmo de uso de los tanques de mezcla de jarabe ………………. 55
B.1 Esquema general del circuito contador ……………..………………………………... 56
B.2 Detalle de la lógica combinada de los circuitos de parada y de cuenta ……………....57
B.3 Circuito de acondicionamiento de señal a los niveles TTL ……………………...…... 58
C.1 Esquema de descarga automática ………………………..…………………………... 61
C.2 Esquema del circuito controlador ……………………...…………………………….. 62
C.3 Secuencia de encendido de los comparadores …………………...…………………... 62
C.4 Detalle de montaje del circuito completo …………………...……………………….. 63
D.1 Tablero de control del Extrusor APV 1………………………………………………..64
D.2 Detalles de controladores de Temperatura y Presión de salida del Extrusor APV 1….65
D.3 Detalle del motor del Extrusor APV 1 y de su sistema de alimentación ……………..65
D.4 Vista general de los Tanques de Jarabe y su tablero de control ………………………65
D.5 Prototipos de Manejadores de Red y Dispositivo Contador de Bolsas ……………….65
LISTA DE TABLAS
III.1 Catálogo de los dispositivos de automatización …………………………………….. 21
VI.1 Cotización detallada de la empresa SEEBECK AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
C.A. …………………………………………………………………………………...….. 36
C.1 Relación de entradas y salidas del circuito lógico de control ………………………. 50
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
La corporación Alfonzo Rivas & Cía, es una empresa familiar fundada en Caracas a
mediados del año 1910, perteneciente al sector de alimentos. Esta empresa está dedicada a
la fabricación, venta y distribución de productos de consumo masivo, industriales, de
importación, además de la elaboración y comercialización de productos para exportar.
Conformada por 2 áreas de negocio claramente diferenciadas:
-
Negocio Industrial: Industrias del Maíz C.A. (INDELMA) y Molinos Alfonzo
Rivas, C.A. (MOLINARCA).
-
Negocio de Consumo Masivo: Alfonzo Rivas Consumo C.A. (ARCO) y
Comercializadora Premium Brands C.A.
El área de Negocio Industrial está orientada a la fabricación de distintos tipos de
almidón, sus derivados y harinas de trigo industriales, que son usados como materia prima
en varios sectores de la industria: alimentos y bebidas, pinturas, pegamentos, exploración y
explotación petrolera, explosivos, fármacos, textiles y varios más. Los productos son
obtenidos por procesos de modificación a los que se somete el maíz en grano que llega a la
planta, este grano es un tipo especial que es importado directamente por la Corporación, y
de él se obtiene:
-
Almidón líquido, para fabricación de pegamentos y pinturas.
-
Almidón en polvo en distintas presentaciones y de distintas propiedades, usado
en industrias de alimentos y bebidas, hidrocarburos y casos especiales.
-
Color caramelo, que se fabrica a partir del almidón liquido, y se emplea en la
industria farmacéutica y de bebidas.
-
Glucosa, procesada también a partir del almidón líquido, la glucosa en gel se
emplea como materia prima para alimentos, y es refinada por una planta
secundaria ubicada dentro de las instalaciones.
-
Harinas de Trigo, producto no derivado del maíz que se emplea en la industria
panadera y galletera.
El negocio industrial ocupa la mayor parte de la capacidad instalada de la
Corporación, y esta compuesta por los Silos de Maíz, lugar donde se almacenan las
existencias de granos, tanto de maíz como de trigo, la Planta de Molienda Húmeda, donde
se produce el almidón líquido, la Planta de Secado, donde se produce y se empacan los
almidones en polvo y las harinas, y además así las plantas secundarias de Color Caramelo y
Refinería de Glucosa. Todas ubicadas en la localidad de Turmero estado Aragua.
El Área de Consumo Masivo ofrece una extensa gama de productos alimenticios,
siendo su especialidad son alimentos derivados del maíz, entre ellos están: el almidón
alimenticio “Maizina Americana”, el almidón para vestidos “Plancholín”, una amplia gama
de cereales extruidos y en hojuelas para desayuno como “Frutiaros” y “Maizoritos” y otros,
en conjunto con una línea completa mezclas para repostería, modificadores de leche, y
atoles. Además de una gama de té e infusiones que son fabricados y comercializados por
permiso de la marca McCormick, no solo para uso domestico, sino además para uso en
restoranes y cadenas de comida rápida.
Específicamente Alfonzo Rivas Consumo. (ARCO), cuyo slogan comercial es
“Nutrición y Cocina” está ubicada en la población de Turmero, estado Aragua, se encarga
de la fabricación, venta y distribución de varios de los productos de consumo masivo ya
citados, en particular de la “Maizina Americana” con el cual se inició la corporación, hace
ya 95 años.
La planta de Consumo Masivo, ubicada igualmente en la localidad de
Turmero, actualmente se encuentra atravesando una etapa de expansión de sus capacidades
de producción en la línea de cereales para desayuno, con el cual se planea aumentar de
manera marcada su participación en este mercado, en el cual ya ha logrado una importante
presencia en los últimos años.
La Corporación Alfonzo Rivas & Cía, que cuenta con 817 empleados, es
considerada una empresa grande. La Planta de Consumo Masivo cuenta con personal
profesional, técnico especializado y obrero, capacitados en diversas áreas y distribuidos en
tres departamentos principales: Producción, Mantenimiento y Calidad.
La labor del departamento de Producción es garantizar que los volúmenes de
producto que se procesan sean los más altos posibles, coordinando desde la dotación
materia prima hasta las existencias que se encuentran en los centros de distribución,
pasando por el control del personal obrero y operador, la definición de las horas de trabajo
de los equipos y maquinaria.
Calidad tiene como misión velar por que las características de la producción
cumplan con las altas condiciones de calidad necesarias en la industria de alimentos, su
trabajo incluye labores de supervisión de las condiciones ambientales de proceso,
verificación constante de las características físicas de los productos y materia prima,
catadura periódica de la producción, y certificación de la inocuidad de todo lo que sale al
mercado.
El departamento de Mantenimiento tiene como fin velar por el buen funcionamiento
de los equipos, de manera que la producción o el servicio obtenido sean los deseados, esta
labor va desde las acciones típicas de mantenimiento básico de maquinarias, lubricación y
limpieza, hasta la configuración y programación de los equipos de control y automatización
de las líneas, pasando por el diagnóstico de fallas suficientes para el parado de las líneas y
la planificación de las actividades de mantenimiento preventivo. Cuenta con una cuadrilla
de personal ejecutor propio y contratado para la realización de las distintas acciones de
mantenimiento, y también de los proyectos que puedan ser requeridos, esto incluye
modificaciones, mejoras operacionales, cambio de infraestructura, que aunque no
constituyen una labor propia de mantenimiento, pueden ser solicitadas por aspectos de
seguridad, aseguramiento de la calidad y optimización de producción.
El organigrama funcional de la planta de Consumo Masivo es el siguiente:
GTE. UNIDAD DE NEGOCIOS ARCO
GTE. DE PLANTA CONSUMO
SUPERINTENDENTE DE
PRODUCCION
SUPERINTENDENTE DE
MANTENIMIENTO
PLANIFICADOR DE
MANTENIMIENTO
SUPERVISOR DE
INTRUMENTACIÓN
INTRUMENTISTAS (3)
SUPERVISOR
DE MECÁNICA
ESPECIALISTAS
MECÁNICOS (2)
MECÁNICOS
DE TURNO (4)
AYUDANTES
DE TURNO (2)
AYUDANTE
REFRIGERACIÓN
Fig. I.1 Organigrama funcional de la planta Alfonzo Rivas Consumo (ARCO), y de la superintendencia
de mantenimiento ARCO
En toda la Corporación Alfonzo Rivas, los roles de cada cargo están diseñados para
garantizar en la toma de las decisiones y el traspaso de las responsabilidades de una forma
eficiente, en el caso particular de la Superintendencia de Mantenimiento, en líneas
generales son las siguientes.
SUPERINTENDENTE: planifica y supervisa el comportamiento de las labores de
mantenimiento de la planta como unidad de producción, asegurando la
consecución de los planes, en particular aquellos de alto costo, tanto en términos
monetarios como de horas hombre, y atendiendo las comunicaciones con los
demás departamentos y divisiones de la corporación.
PLANIFICADOR: contempla la determinación de las actividades y recursos
necesarios para la ejecución de los trabajos, planifica la secuencia y ciclos de
realización de los mismos, estima la mano de obra y materiales necesarios, e
indica el costo estimado para cada orden de trabajo. El planificador verifica la
necesidad de la solicitud de trabajo, y agrega información pertinente, tal como tipo
de servicio, descripción breve, fecha de recepción de la orden y demás detalles
administrativos. Además de ayuda a establecer las prioridades en el caso de haber
la necesidad de atender eventos no planificados
SUPERVISOR: se encuentran divididos funcionalmente en las especialidades de
mecánica e instrumentación. Realiza la solicitud de trabajo al ser localizada una
falla, por él o por sus supervisados, considerando y garantizando la disponibilidad
de las instalaciones. El supervisor es responsable de verificar que el personal y
material estén disponibles y coordinar y asignar los trabajos a sus supervisados o
ejecutores. Se encarga de cerrar todo trámite administrativo que los trabajos
requieran.
EJECUTOR: de igual manera están divididos funcionalmente en las áreas de
mecánica e instrumentación. El personal de mecánicos está capacitado en el
análisis y reparación del funcionamiento de elementos móviles y estáticos, como
sistemas de engranajes, correas, motores, etc. El personal de instrumentistas está
dedicados al monitoreo y reparación de los sistemas de medición, control y
automatización, además de labores de supervisión del sistema eléctrico y
neumático. En general, el Ejecutor es responsable de la ejecución de los programas
de mantenimiento y de las reparaciones que se deban hacer en atención de fallas
que puedan presentarse.
La planta de Consumo Masivo está dividida operacionalmente en 2 partes:
-
Mezclas, que recoge los procesos de fabricación y envasado de productos en
polvo: modificadores de leche, almidones, mezclas para repostería, gelatina y té,
tanto para el mercado domestico como industrial. Se divide en el área de
Mezclas Industriales y Envasado de Mezclas, según el momento del proceso en
que se esté trabajando.
-
Cereales, donde se agrupan todas las líneas de fabricación de cereales extruidos
y en hojuelas, y la línea de empacadoras. En detalle, se cuenta con 2 líneas
extrusoras, APV 1 y APV 2, y una línea para producción de hojuelas de maíz,
Bühller 1, cada una configurada según distintas orientaciones de producción:
-
APV 1, cereales extruidos con forma de almohada, con o sin relleno:
“Toost´avena”, “Flips”, “Chick’Cookies”
-
APV 2, cereales extruidos sin relleno de corte variable: “Frooti Aros”,
“Choco Safari” “Abecitos”
-
Bühler 1, hojuelas de maíz tostado, con o sin recubrimiento dulce:
“Maizoritos Crunch Flake Original” y
“Maizoritos Crunch Flake
Azucarados”
-
Empaque, 5 máquinas BOSCH de distintos tamaños, para lograr las
distintas presentaciones de producción.
En conjunto, los niveles de producción de ambas partes de las líneas ascienden a
7300 toneladas por año aproximadamente, para un promedio de 20 toneladas diarias.
Cantidad que cada día trata de ser aumentada siguiendo la filosofía de optimización
continua de la Corporación, lo que espera lograrse mejorando la eficiencia y la
productividad de los procesos de cada línea y los procedimientos de operación y
mantenimiento en cada sector de la planta. La superintendencia de Mantenimiento, como
parte integral de la Planta de Consumo Masivo, sugiere constantemente mejoras orientadas
a mejorar la confiabilidad de los equipos y reducir sus tiempos de falla y parada.
Una de esas mejoras consiste en aumentar la rapidez de operación y lograr
capacidad de supervisión centralizada en la línea APV 1, una línea cuyo nivel de
automatismo crea una fuerte dependencia del factor humano para su operación, y necesita
de una supervisión constante in situ para asegurar las condiciones de proceso, aunado a una
antigüedad considerable de la mayoría de los elementos de control de la línea, que motiva
considerar un plan de reemplazo total de los mismos. La propuesta de actualización de los
sistemas controladores del sistema extrusor de la línea APV 1, es el primer avance en la
realización del estudio que conducirá a la modernización del conjunto de controladores en
general, y que incluye su interconexión a una red de control local, y un sistema centralizado
de control que rija su funcionamiento.
El presente trabajo contiene las consideraciones y análisis necesarios para realizar la
propuesta, estando estructurado de la siguiente forma, el Capítulo II trata de los aspectos
teóricos que deben considerarse para construir un sistema de control apropiado en las
condiciones de la Planta Consumo, el Capitulo III expone las características de los procesos
involucrados en la fabricación de cereales por extrusión. Luego, en el Capitulo IV, se
expone el alcance del problema a solucionar, y las propuestas de cómo solventarlo se
discutirán en el Capítulo V.
CAPÍTULO II
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
II.1 Introducción
El siguiente texto agrupa ideas y conceptos teóricos necesarios para la comprensión
de los sistemas de control y automatización industrial, lazos de control y regulación,
procesos de tipo continuo y discreto, controladores digitales y sistemas de supervisión y
administración de datos industriales. Además se incluyen definiciones importantes para
comprender el proceso de extrusión en la industria de alimentos.
II.2 Lazos de Control y Regulación 1
En cualquier proceso que desee controlarse existen 4 componentes básicos, una
señal de entrada “SE” que indique el estado actual del proceso, un valor de referencia o set
point “SP”, que indica el punto hacia donde debe tender la variable de entrada, una acción
de control, que corresponde a las modificaciones que se hacen sobre el sistema a controlar
para lograr ajustar la señal de entrada a la señal de referencia, y el cuarto componente son
las perturbaciones, el conjunto de cambios ambientales que alteran el valor de la señal de
entrada y que no pueden ser controlados directamente.
Fig. II.1 Esquema general de un sistema de control
La labor de diseño de sistemas de control, consiste en modelar los mecanismos
capaces de realizar la función de control de manera automática, para esto se cuenta con un
modelo general llamado Bloque PID, un modelo matemático de una función de
1
Kuo, Sistemas de Control Automático [1]
transferencia que permite alterar el comportamiento de una señal cualquiera,
compensándola de manera tal que permita llevar de manera óptima la Señal de Entrada
hacia la Señal de Referencia, cuando ocurra un cambio por efecto de un Perturbación. Este
modelo consta de tres constantes de ajuste, que son ganancia proporcional “P” denotada
como Kp, ganancia integral “I” o Ki y ganancia derivativa “D” expresada como Kd. El
modelo general de la función de transferencia PID es el siguiente:
GPID(s) = KP + Kd/s + Ki s
(2.1)
En detalle, cada parámetro representa lo siguiente:
-
Ganancia Proporcional KP: en todo sistema de control, la efectividad de la
acción de control se mide en términos del Error “E”, que es la diferencia entre la
Señal de Entrada y la Señal de Consigna. La función de la constante Kp en
multiplicar el valor E, generando una señal proporcional a éste. En general
define cuán drástica es la acción de control instantánea en el lazo.
-
Ganancia Integral Ki: Si bien la acción proporcional es suficiente para estabilizar
el proceso dentro de unos márgenes establecidos, su sola presencia no basta para
estabilizar totalmente la SE, para que esto se logre es necesario que la acción de
control cambie de dirección (esto es cambiar de signo) en el tiempo, aunque el
signo de E
-
Ganancia Derivativa Kd: el incluir un término de tipo derivativo permite incluir
una acción de control, que reaccione ante cambios de velocidad en el proceso,
ajustando la Acción de Control para que pude responder de manera óptima a
distintos tipos de perturbaciones, ya sean violentas o suaves.
Si bien el modelo de control PID es el más general posible, existen algunas
variaciones que los fabricantes incluyen para facilitar ciertas aplicaciones particulares,
como supresión de resonancias y tiempos de aceleración y frenado en el caso de motores,
ciclos de enfriamiento forzado en controles de temperatura. El cálculo de los valores ideales
de las constantes del lazo PID, exige un conocimiento muy íntimo de la naturaleza del
proceso a controlar, de las señales con las cuales ha de modelar y de los sistemas
actuadores que realizarán la acción de control en si, esto para garantizar que se podrá
responder a una velocidad suficientemente alta como para manejar el proceso en todo
momento, pero lo suficientemente baja como para asegurar la integridad de los mecanismos
actuadores. Este calculo se pude efectuar desde distintos puntos de vista y según distintos
procedimientos, aunque conviene considerar el proceso tanto desde un punto de vista
temporal como frecuencial.
II.3 Procesos de Tipo Continuo2
Un proceso de tipo continuo es aquel en donde las señales que representan las
variables de proceso son todas funciones continuas de la variable temporal t, que es
continua por definición [1]. Los procesos de tipo continuo se caracterizan por no tener
pasos o cambios bruscos de las señales que lo componen, por el contrario mantienen un
nivel de continuidad tal que permite halar de cambios suaves de las variables, en función
del marco temporal del que se hable.
El diseño de sistemas de control para procesos de tipo continuo, se basa en el
planteamiento de las necesidades de operación de ese proceso en particular, esas
condiciones suelen trazarse en términos de la variable temporal, que es la variable
independiente empleada en la mayoría de los sistemas de control, y da una medida más
realista de desempeño. La razón de esto es que el funcionamiento de los sistemas de control
se juzga con base a la respuesta a ciertas señales de prueba [1]. Sin embargo, existen
consideraciones de tipo frecuencial que deben tomarse en cuenta para asegurar la
estabilidad del proceso en cuestión. Los criterios de tipo frecuencial pueden ser analizados
con las herramientas planteadas por Nyquist y Bode a principios del siglo XX, y presentan
la posibilidad de obtener información útil y a menudo crucial para el análisis de sistemas de
control que deban diseñarse.
2
Goncalves: Diseño de un Sistema de Control Automático para la Caden H Perteneciente a la Planta de de
Molineda y Compactación de CVG CARBONORCA [2]
II.4 Procesos de Tipo Discreto
Cuando las condiciones del proceso que se estudia, pueden variar de manera casi
instantánea de su valor actual al futuro, como respuesta a un evento, se dice que ese proceso
es de tipo discreto.
Se toma la palabra discreto, porque para un proceso de ese tipo solo pueden existir
un numero discretizado de estados posibles, y además, para un tiempo de operación finito,
ese número de estados es finito.
Diseñar sistemas de control para procesos de tipo discreto es similar a diseñarlos
para sistemas continuos, lo que se busca es encontrar el controlador que pueda llevar al
proceso al desempeño deseado, de manera óptima, sin afectar significativamente el
componente de actuadores.
Las primeras herramientas para el análisis de procesos
discretos fueron planteadas por Shannon en 1938 [2], basado en adaptaciones del álgebra de
Boole. Desarrollos posteriores, entre los que destacan los de Lee, Huffman y Unger,
desembocaron en las llamadas redes de Petri, una herramienta que permite representar de
manera definitiva la dinámica y estática de los procesos de tipo discreto.
II.5 Controladores Digitales
Si bien tradicionalmente el diseño de controladores se hacia únicamente en formato
analógico, la fuerte reducción del precio y el drástico aumento de la potencia de los
sistemas de procesamiento de señales (DSP),
ha motivado el desarrollo de sistemas
digitales de control, porque ofrecen la ventaja de ser muy más flexibles a la hora de diseñar,
alterar y reconfigurar los algoritmos de control de los procesos, lo contrario del caso de un
controlador analógico, que una vez construido difícilmente puede ser alterado [1].
La mayor dificultad en el diseño de estos controladores, es trasladar el análisis
matemático de tipo continuo que se hace para desarrollar las constantes PID, al nivel de
lenguaje empleado para programar los algoritmos en estos DSP. En general, el traslado se
hace mediante algoritmos intermedios de aproximación numérica, que basados en la
inclusión de retardos temporales, fácilmente realizables con memorias y/o registros
circulares, permiten llevar los términos derivativos e integrales a los lenguajes de
programación estándar, haciéndose posible programar cualquier función de transferencia,
con cualquier procesador capaz de sumar, restar, multiplicar por una constante y hacer
corrimientos lógicos.
Otro parámetro a tener en cuenta es la relación entre la velocidad del proceso, y la
velocidad del circuito digital que hace la acción de control. La velocidad del sistema de
control, está determinada por cada una de las etapas que componen el controlador, en
general, la estructura de estos dispositivos es la que sigue:
-
Circuito de Muestreo y Retención: Esta primera etapa existe para tomar los
datos directamente del mundo analógico, y estabilizarlos para que sea posible su
conversión. Aquí se define directamente la velocidad del controlador, ya que el
tiempo de retención de la muestra debe diseñarse para que ésta pueda ser
procesada.
-
Convertidor A/D: Para llevar al formato digital los datos de proceso, la Señal de
Entrada SE, y demás valores de referencia que puedan ser de interés.
-
Procesador: Contiene la inteligencia del proceso, realizando las labores de
cálculo. Esta etapa define la velocidad más alta posible a la cual pueda
procesarse una señal digital
-
Convertidor D/A: Convierte los datos digitales necesarios para la acción de
control al formato analógico, para emplearlo en los actuadores presentes en el
proceso.
Fig. II.2 Arquitectura Básica de un Controlador Digital
La velocidad total debe ser suficiente para cumplir con el primer criterio de Nyquist,
que establece que la velocidad de procesamiento de una señal, debe ser al menos 2 veces
superior que la velocidad más alta de variación de la señal de entrada. En la práctica, se
estila que el procesamiento sea, como mínimo, 10 veces más rápido.
II.6 Sistemas de Supervisión y Administración de Datos Industriales
Se llama así a todo programa de computadora diseñado para trabajar como interfaz
entre los procesos, y el operador o supervisor de los mismos, proporcionándole información
detallada de todos las variables de interés, comunicación con los dispositivos instalados en
el campo, e incluso controlando el proceso de manera automática, regulando la acción de
los actuadores. En estos casos la acción de control está centralizada, un computador central
hace de administrador de una red local (LAN), y la comunicación se hace mediante buses
especiales para ambientes industriales, teniendo en consideración los altos niveles de ruido
presentes en este tipo de instalaciones.
Un SCADA debe poder generar reportes del comportamiento de los procesos
durante el tiempo, y facilitar el almacenamiento de estos datos. Debe generar señales de
alarma, y asegurar que las condiciones de seguridad se cumplan antes de que el proceso se
inicie nuevamente. En cuanto a su estructura operacional, debe ser de arquitectura abierta,
para que pueda crecer según las necesidades de la empresa, poder variar los protocolos de
comunicación, para adaptarse a las distintas tecnologías que aparezcan el futuro, y no
contar con mayores limitaciones de software, para que su instalación sea sencilla y no sea
un obstáculo de operación.
II.7 Extrusión en la Industria de Alimentos
Dentro de las tecnologías de moldeo de materiales plásticos, la extrusión presenta
una serie de ventajas que lo hacen ideal para los procesos de manufactura a gran escala, en
el caso particular de la industria de alimentos, estas capacidades de la tecnología son
explotadas para la producción de productos alimenticios de consumo masivo.
II.7.1 Definición
Se suele definir a la extrusión como el proceso de darle forma a un material
forzándole a pasar por una abertura específicamente diseñada.3 Para este pase forzado se
emplean tornillos sin fin de distintos tipos y configuraciones, que girando dentro de un tubo
o barril, y siendo alimentados por el material en forma de un sólido granular en un extremo
3
Kokini, Ho, Karwe Food Extrussion Science and Tehnology [3]
de ese tubo, lo empuja contra las paredes del mismo, y por medio de este roce, y con la
adición de calor por medio de camisas de calentamiento ubicadas en los alrededores del
barril o tubo4, altera sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
El tiempo de residencia del material (en este caso alimento), en el extrusor es una
función del o los tornillos, y su velocidad de rotación. Cuando el material deja el tornillo,
pasando por la llamada abertura de salida (en el caso de varias aberturas se llama matriz de
salida), sufre una expansión violenta por efecto del paso de la alta presión dentro del barril
o tubo hacia las condiciones ambientales. Por efectos de la presencia de vapor de agua en la
mezcla, esta expansión ocurre solo cuando la temperatura de extrusión excede el punto de
ebullición del agua. Luego de esa expansión inicial, se produce una contracción hasta el
llamado punto de equilibrio, cuya relación con el valor máximo de expansión depende del
material4.
III.7.2 Efecto de las condiciones de procesamiento sobre el producto
alimenticio
Diversos autores han relacionado diversos parámetros de los alimentos extruidos
con los factores involucrados en la extrusión [4]. La humedad del material alimentado al
extrusor y su relación con la temperatura de proceso fue ampliamente estudiada por
Conway y sus colaboradores, para el caso de harinas de maíz y sorgo (1968), Anderson y
col. (1969) detectaron que en procesos de cocción-extrusión, la humedad relativa, la
temperatura del tubo, el tamaño de las particular granulares del alimentador, el paso y la
relación de compresión del tornillo, y la descarga del material de alimentación, influyen en
el producto final.
Mustakas y col. (1970) determinaron que la calidad final de la harina de soya
extruida (medida por medio de la actividad de ureasa presente en el producto final) estaba
proporcionalmente regulada por el tiempo de retención del material en el extrusor, la
temperatura inicial y la humedad de la mezcla de inicio [4].
4
López, Finaly. Desarrollo y evaluación de un alimento listo para consumo utilizando el proceso de extrusión [4]
Estudios similares más recientes permiten comprobar que el proceso de extrusión es
capaz de controlar variables bio-químicas determinantes del sabor y estabilidad del
producto, su capacidad de absorción de humedad, su densidad, su volumen especifico,
además de valores nutricionales como retención de vitamina agregadas y concentración
proteica, en comparación con las mezclas crudas.
Entre los cambios más determinantes que ocurren en la estructura de las materias
primas vegetales, es llamado Fenómeno de Gelatinización de los Almidones, que ocurre
cuando las estructuras granulares del almidón se rompen por efecto del calor, humedad y
presión del proceso de cocido. Así, el gránulo de almidón, insoluble en agua fría, se
descompone tomando un comportamiento termo plástico, que le confiere la propiedad de
ser moldeado bajo las condiciones de temperatura y humedad adecuadas, para luego
recuperar una estructura pseudo granular, compuesta por los residuos de las estructuras
granulares iniciales, manteniendo, dentro de ciertos rangos, la forma en la cual fue
moldeada. Este comportamiento es la base del proceso de extrusión de harinas de cereales5.
5
Gil, Jenny. Efecto de la extrusión en la composición de la fracción gruesa del germen de maíz desgrasado [5]
CAPÍTULO III
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CEREALES EXTRUIDOS
III.1 Introducción
En este capítulo, se describen todos los pasos que conforman el proceso de
producción de cereales extruidos para desayuno, y los lazos de control que gobiernan la
acción de la maquina extrusora que incluida la línea APV 1, de la Planta Consumo de la
Corporación Alfonzo Rivas, según las diferentes configuraciones para cada tipo de
producto.
III.2 Descripción del Proceso de Producción de Cereales por Extrusión
El proceso de fabricación, se inicia con la recepción en planta ARCO de los
ingredientes sólidos que conformarán el producto final, estos varían según el producto, pero
básicamente son harinas de trigo, avena, maíz, y arroz, además de cacao en polvo, azúcar y
canela. Algunas de estas materias primas, en particular las harinas de trigo, son procesadas
dentro de la misma Corporación Alfonzo Rivas, las demás son suplidas por proveedores
externos, y son incorporadas al proceso luego de un estricto proceso de control de calidad,
donde se verifican su inocuidad
y sus cualidades alimenticias. La recepción de los
ingredientes líquidos, el aceite y los colorantes necesarios para completar la mezcla, es
similar. En el caso particular del agua, esta se toma de un sistema interno de pozos (para
asegurar que la disponibilidad del liquido no se vea afectada por las fluctuaciones del
sistema público) y luego es tratada dentro en una planta de purificación interna, ahí se
adecuan sus niveles de dureza, pureza y acidez para que sus características sean las
óptimas, una vez tratada es bombeada al conjunto de las plantas, en particular Planta
Consumo.
Una vez recibidos, los ingredientes sólidos son vaciados manualmente en un tanque
de mezclado, según la receta de cada producto en particular, en ese mezclador se
homogeneizan formando un polvo fino, que luego es elevado a la tolva de ingredientes
sólidos del sistema de alimentación de la máquina extrusora. Los ingredientes líquidos: el
aceite comestible y los distintos colorantes, son almacenados en los tanques respectivos del
sistema de alimentación, salvo el agua que es tomada directamente del sistema central.
Estando los ingredientes listos y verificados, y ubicados en sus lugares finales de
almacenamiento, son incorporados a la máquina extrusora, por medio de un tornillo sin fin
en el caso de la mezcla de sólidos (este tornillo dosificador está ubicado debajo de una
etapa detectora de metales, que verifica posibles contaminaciones en el proceso de
mezclado), o por medio de bombas dosificadoras para los componentes líquidos.
Aquí se inicia el proceso de extrusión en sí, los ingredientes sólidos son forzados a
pasar por entre los tornillos que conforman los ejes de compresión de la máquina extrusora,
conocida en la Planta Consumo como APV 1, durante este pase forzado, son mezclados con
los ingredientes líquidos, amasándose por efecto
Fig. III.1 Esquema general del sistema de recepción y alimentación de ingredientes
de las presiones generadas entre los tornillos gemelos. Esta mezcla cruda, va pasando por
toda la longitud de los ejes del extrusor que está dividida en 10 zonas de calentamiento,
estas etapas deben mantenerse a ciertas temperaturas para lograr que el producto se cocine
apropiadamente, y además tenga los perfiles deseados según los parámetros de calidad.
Una vez cocinada la mezcla, esta sale de la máquina extrusora formando 4 tubos de
masa (conocidos como “churros”), que son moldeados según el producto por medio de
boquillas de distintas formas y perfiles, que están acopladas en la salida del par de tornillos
extrusores, luego son terminados siguiendo distintos procedimientos: cortados en el caso de
los productos “Choco Safari”, “Abecitos”, “Frooty Aros” y “ChiqyCookies”, para lo que se
usa una cuchilla que gira a altas revoluciones, o bien formando almohadas, ese es el caso de
los “Flips”, y “Toost’Avena”, en esta configuración se emplea una máquina formadora
especial. En el caso particular de “Flips” existe una etapa de inyección de crema que les
coloca el relleno interno, esto se hace por medio de una boquilla especial que se coloca
entre la salida del par de tornillos extrusores, y el mecanismo de moldeo de almohadas.
Luego de formado, el producto es llevado a un horno de secado por convección de
aire, es transportado hasta ahí por medio de una banda transportadora, en el caso de los
productos formados en almohadas, o por medio de succión de aire, en el caso de los
productos cortados, y luego es dispersado por medios de un mecanismo neumático presente
en la entrada del horno. Este horno secador tiene una longitud de 6 metros, y se usa para
retirar la mayor parte de la humedad que poseen los cereales luego de su moldeado y/o
corte en la maquina extrusora, saliendo del horno prácticamente secos y terminados. Es un
mecanismo simple, formado por una banda transportadora de velocidad variable que mueve
el producto por una región calentada por un quemador de gas metano Baltur, el gas está
también integrado en los sistemas de alimentación central de la planta.
Fig. III.2 Horno Secador de 6 metros
Cabe acotar que el quemador Baltur posee un módulo programador que le permite
iniciar de manera automática las secuencias de encendido de la llama piloto, purga de las
tuberías de gas y el encendido y modulación de la llama de trabajo, una vez generada la
orden por el controlador respectivo. Todo este nivel de automatismo propio lo hace casi
totalmente autónomo.
Una vez el producto es secado en el primer horno, es pasado por un sistema de
recubrimiento, que permite agregarle a los cereales una capa final a modo de cobertura,
dependiendo del producto que se esté fabricando. Este sector incluye un sistema doble de
mezclado y preparación de los jarabes cobertores, que funcionan de manera alternada y
totalmente manual, son tanques que cuentan con tomas de agua y vapor, así como motores
removedores que mezclan los ingredientes sólidos del jarabe: azúcar y/o chocolate, que son
agregados de forma manual. Una vez hecha la mezcla de recubrimiento, es bombeada al
tambor de cobertura; como indica su nombre, es un tambor que gira constantemente
removiendo el producto que es forzado a pasar por él, mezclándolo así con la mezcla que es
bombeada de los tanques de mezcla hacia unos inyectores ubicados dentro del tambor.
La etapa final de la línea de cereales extruidos es un horno tostador de 9 metros,
bastante similar a la etapa secadora ya descrita, solo que posee dos zonas de trabajo
configuradas para trabajar a temperaturas mayores, su función es terminar de sacar el
producto y cristalizar su recubrimiento. Una vez terminado el secado del recubrimiento, el
producto terminado se dirige a las líneas de empaque por medio de tolvas transportadoras.
III.3 Lazos de Control de La Maquinaria Extrusora APV 1
En líneas generales se puede hablar de 4 lazos de control independientes, 3 abiertos
(donde es el operador quién cierra el lazo): alimentación y entrada de ingredientes,
velocidad de los ejes de la máquina extrusora y la velocidad de corte de las cuchillas. Y un
súper lazo, constituido por los lazos individuales de que posee el extrusor. Se dice que son
independientes por que no poseen ninguna conexión entre sí, siendo la experiencia del
operador quien define la relación entre las variables del proceso.
Fig. III.3 Tanques de mezcla de jarabe de cobertura
Fig. III.4 Detalle del horno tostador de 9 metros y la salida del tambor de recubrimiento
En detalle, están compuestas así:
III.3.1 Sistema de alimentación y entrada de ingredientes
La entrada de la alimentación de la máquina extrusora, está debajo de la salida de la
tolva de alimentación, y el paso de materia prima hacia el extrusor, está regulado por un
tornillo dosificador que es accionado por un motor AC que es controlado por una tarjeta
LYNX (modelo desconocido), este controlador es gobernado por una referencia que le da el
operador de turno mediante un potenciómetro, cerrándose así el lazo. Este controlador está
basado en un tiristor controlado mediante fase, unido a un amplio rango de dispositivos
orientados a hacerlo más robusto y capaz de soportar variaciones abruptas de las
condiciones de trabajo. Los dispositivos de este tipo incluyen aislamiento del motor al que
controla, control del torque, un relé indicador de estado, un alto nivel de inmunidad al
ruido, y los sistemas de protección propios de sistemas que manejan estos niveles de
potencia.
En general, el circuito se divide en 9 áreas que son las siguientes
i-
Etapa de Alimentación de Potencia: Compuesta por un par de tiristores y un puente
de diodos rectificadores, esta etapa es una fuente clásica, que además posee un
conjunto de condensadores para estabilizar la señal, y un varistor que realiza las
funciones de protección de sobre voltaje. El aislamiento de corriente se logra por
medio de efecto Hall mediante un transformador montado directamente en la tarjeta.
ii-
Etapa de Alimentación Baja: Mediante un transformador de relación ajustable, se
puede seleccionar entre una alimentación de 220/240 V o una de 380/440 V, con
estas entradas la etapa secundaria del transformador produce 36 V AC, señal que
luego es rectificada por un par de diodos. De esta señal rectificada se genera una
señal no regulada de 20 voltios para la operación de los tiristores, y señales
reguladas de ±12 V para el funcionamiento de la lógica y los circuitos integrados.
Existe un sistema de estabilización de todas estas señales de alimentación,
compuesto por un tren de condensadores. Toda la etapa está protegida por fisible de
2 A.
iii-
Sincronización de Pulso de Disparo: El transformador que adecua la señal de
potencia a la fuente de baja potencia, también genera un par de señales AC en
contra fase a un comparador, lo que genera una señal con un ciclo de trabajo de
50% que oscila a ±10 V. Esta señal cuadrada es procesada para generar señales de
rampa, lo que se logra mediante un circuito RC. Todas estas señales, tanto los
pulsos cuadrados como las rampas, se usan en el proceso de sincronización del
disparo de los tiristores.
iv-
Monitor de Corriente: La corriente de la armadura del motor que vuelve el puente
de tiristores es convertida en una corriente DC mediante un circuito integrado que
emplea el efecto Hall. Esta señal es usada como entrada para los procesos de
comparación y ajuste de la velocidad del controlador.
v-
Circuito Rampa: La señal de referencia de velocidad es un voltaje DC de 0 a 10V.
El lazo de control que se forma es de tipo integrativo de ganancia unitaria, por ello
se necesita una etapa de amplificación para adaptar la señal rampa a las etapas
siguientes. Los parámetros del lazo integrativo son controlados por el operador, con
el objeto de adecuar la acción de control a los requerimientos de proceso.
vi-
Selección de Retro Alimentación: La señal de control del controlador puede ser
seleccionada entre el voltaje de armadura y un taco generador. En ambos casos la
señal es aislada del controlador mediante una etapa previa de muy alta impedancia,
para proteger la lógica y los circuitos de procesamiento analógico.
vii-
Circuitos de Protección de Sobre Corriente: Si la demanda no puede ser satisfecha,
ya sea por problemas de tensión de alimentación, por perdida de la señal de retro
alimentación o por un valor muy bajo del limite de corriente, la salida del
controlador se hace cero al ser bloqueados los tiristores que manejan esa salida. Lo
mismo ocurre con los pulsos de corriente que se puedan generar por sobrecargas
momentáneas.
viii-
Circuito de Reinicio: Cuando el sistema es conectado luego de una parada, existe
un tiempo de estabilización inicial que es supervisado por esta etapa. En general es
un circuito RC manejado por un comparador.
ix-
Control de Torque: Mediante una referencia de 0 a 10 V, la corriente de salida es
controlada. La acción de control en este caso es proporcional pura, tomando como
consigna esa referencia, que es dada por el operador.
Además de este equipo, que gobierna el motor de alimentación, existen sensores de
nivel de tipo capacitivo que indican al operador si la tolva de alimentación está en niveles
de operación, esta información es generada por los sensores, y mostrada luego en el tablero
de control respectivo. Todos estos componentes están a lazo abierto, es decir, el operador
es quién coordina las acciones en función de la información que recibe de cada uno de los
sensores e indicadores que hay en el lazo.
III.3.2 Velocidad de los ejes de la máquina extrusora
La rapidez con la que se procesan los ingredientes de mezcla, está dada por la
velocidad de giro de los tornillos que comprimen la materia prima seca, y la van mezclando
junto con los componentes líquidos de manera progresiva. El motor que acciona estos
tornillos está gobernado por un variador de frecuencia, un controlador Jaguar (modelo CD
75), y este a su vez es controlado por el operador, sin ninguna realimentación directa.
Fig. III.5 Detalle del sistema de entrada de mezcla de ingredientes sólidos. Nótese el motor del
tornillo dosificador, y el cilindro protector del dosificador, en acero inoxidable.
En detalle, el controlador opera tomando la señal AC de alimentación y
convirtiéndola en DC, la suaviza mediante un tren de capacitores, y luego la convierte en
una señal P.W.M. (siglas en inglés para Modulación de Ancho de Pulso, Pulse Wide
Modulation) de 3 fases capaz de alimentar motores trifásicos de inducción. El circuito de
control es totalmente integrado, consta de un microcontrolador (con capacidad de proceso y
memoria), y un circuito integrado de diseño especial que supervisa la señal P.W.M. que se
genera a la salida. Toda la acción de control es digital, esto con el objeto de reducir el
ruido y las imprecisiones típicas de los sistemas analógicos. Este microcontrolador se
encarga de supervisar los niveles de voltaje y frecuencia y actuar para mantenerlos en los
rangos deseados, también de recibir y mostrar los distintos parámetros de configuración
(vía un teclado y un display), de manejar las comunicaciones seriales (el dispositivo es
capaz de comunicarse con una estación de control y supervisión remota, usando el
protocolo RS485) y de gobernar los sistemas de protección del equipo completo.
Al ser un sistema de control totalmente digital, las instrucciones, set points y
referencias, se cargan directamente en el controlador, y pueden ser visualizados en
cualquier momento en el display que posee el equipo en su exterior. Los parámetros de
control manipulables son los siguientes: Frecuencias mínima y máxima, tiempos de
aceleración y desaceleración, corriente limite, salida promedio de corriente, voltaje (una
medida del torque), compensación de sobre frecuencia, nivel de ruptura DC, dirección para
la interfaz serial. Además de poder configurarse estos valores, la acción misma del
controlador es configurable mediante otros parámetros digitales que se cargan por medio
del teclado.
La referencia del controlador puede ser de 2 tipos, o analógica, basada en un
potenciómetro que genera una señal DC que es manipulada por el operador (luego es
convertida a digital dentro del equipo, para su proceso), o una señal digital de tipo serial,
que puede ser administrada por un sensor de velocidad que se acople a los ejes en cuestión.
La configuración actual es analógica, y siendo el operador quién cierra el lazo de control.
La salida es una señal trifásica cuya frecuencia varía según la consigna dada por la señal de
referencia, y está protegida contra picos momentáneos según un procedimiento de bloqueo
selectivo de las etapas internas de proceso.
III.3.3 Velocidad de corte de las cuchillas
Cuando el material procesado sale del extrusor, lo hace formando una masa
continua que debe ser cortada con el objeto de lograr la longitud requerida para lograr un
producto de características adecuadas, esto se logra adecuando la velocidad de giro de las
cuchillas de corte a la velocidad de salida del material, que como se sabe, puede variar. El
motor que acciona estas cuchillas es DC, de poca potencia pero de muy altas revoluciones,
lo que hace necesario un controlador robusto de acción bastante rápida Esas condiciones se
cubren con un controlador DC marca Mentor (modelo desconocido).
Fig. III.6 Esquema de montaje de las cuchillas a la salida del sistema extrusor
Este equipo es de tecnología totalmente digital, todas sus operaciones de control se
hacen mediante un micro controlador (8bits, 12MHz) que procesa la información
proveniente de un convertidor A/D de 16 canales y 10 bits, y es apoyado por una memoria
no volátil, esto le permite tener total supervisión de las variables de proceso, y atender a las
labores de comunicación, el dispositivo es capaz de comunicarse usando el protocolo
RS485. Las constantes y valores que definen la acción de control, se cargan en el sistema
mediante un teclado y un display, sus valores son total mente digitales, lo que limita la
aparición de ruido dentro del equipo.
Sus referencias y retro alimentaciones son tomadas de manera analógica, y son las
siguientes:
i-
Retro Alimentación de Corriente: La corriente de armadura del motor es procesada
para convertirla en una señal de voltaje que es convertida por la etapa ADC. Este
procesamiento incluye una amplificación por 4, con el objeto de disminuir
internamente la relación señal a ruido, en particular en los casos en que se manejan
bajas potencias, esto mejora significativamente el desempeño del controlador, ya
que en el ambiente industrial los niveles de ruido magnético pueden afectar de
manera significativa señales de corriente como esa.
ii-
Retro Alimentación de Velocidad: La señal que representa el voltaje puede ser
seleccionada de 3 fuentes distintas:
a- Voltaje de la Armadura: En esta opción, las señales de voltaje que generan
ambos lados de la armadura del motor se conectan a un amplificador diferencial
cuya impedancia es de 1 MΩ, esa señal luego pasa a las etapas de conversión
b- Señales Codificadas: El controlador posee un grupo de entradas genéricas que
están configuradas para aceptar un amplio rango de señales analógicas, en
esencia, un tren de comparadores se encarga de definir las relaciones entre ellos
y en función de estas relaciones se ejecutan las acciones de control según lo que
se halla configurado en el micro procesador.
c- Taco Generador: Se utiliza la salida de un medidor de revoluciones para
controlar la velocidad de salida, es necesario aportar algunos datos del motor
para configurar esta opción.
En todos los casos la señal es pasada por un filtro pasa banda que elimina los
posibles ruidos que puedan contener, para asegurar la mayor precisión posible.
III.3.4 Temperatura de las zonas de calentamiento
Cada zona de calentamiento está gobernada por un controlador Eurotherm (modelo
807), un dispositivo totalmente digital basado en un microprocesador. Posee una entrada
analógica que recibe directamente la señal generada por el elemento sensor, una termocupla
tipo k, y un par de salidas que gobiernan un relé de estado sólido y una electro válvula
respectivamente, ambas salidas de tipo On/Off. La decisión de activar estas salidas se hace
en función de un esquema PID, cuyos coeficientes son cargados en el equipo mediante un
teclado externo que posee, de la misma manera se pueden variar sus parámetros de
programación. Las posibles acciones a tomar son activar una electro válvula para paso de
agua fría, para bajar la temperatura en la zona baje, o activar el relé de estado sólido (SSR),
que maneja un grupo de resistencias calentadoras. La acción de calentamiento solo se da al
principio del proceso, ya que la fricción generada por el paso del material, es suficiente
para llegar a las temperaturas de proceso normal.
El controlador también actúa como indicador, mediante un par de displays
independientes puede mostrar diversos tipos de información a gusto del usuario,
usualmente la temperatura actual del proceso y el set point cargado en el momento.
También genera señales de alarma y otros mensajes de interés prioritario, que son
mostrados por el conjunto de displays.
De manera general, este es el conjunto de equipos que gobierna el proceso de
extrusión en la configuración actual, tal como está aseguran el funcionamiento de la
maquinaria de manera robusta y confiable, sin embargo usan tecnología que para la fecha
es medianamente anticuada y en su mayoría están cerca de la edad máxima de uso. En la
tabla III.1 se detallan todos los componentes del sistema de control de la máquina
extrusora.
III.4 Lazos de Control del conjunto de hornos
Cada uno de los hornos posee zonas de calentamiento, 1 en el caso del horno de 6
metros, 2 en el caso del tostador de 9 metros, cada una es manejada por su respectivo
controlador de temperatura, módulo Omron modelo C5CS, que siguen la temperatura
mediante termocuplas tipo K, manteniendo la temperatura de su zona respectiva dentro de
unas bandas ya determinadas, según un esquema de actuación On/Off. En general es un
sistema de control bastante simple, ya que la naturaleza de variable de proceso (grado de
sacado de las galletas), hace imposible su retro alimentación directa, y el control que se
hace de la temperatura no necesita mayor infraestructura, ya que solo maneja el aire al que
se expone el producto. Es importante acotar también, que las termocuplas usadas no poseen
transmisores, ya que los controladores esta familia de controladores Omron pueden manejar
sus salidas de manera directa. Los quemadores Baltur son capaces de iniciar de manera
automática sus secuencias de encendido y purga, ya que cuentan con un modulo
controlador interno que maneja estas operaciones.
Instrumento
manómetro
transductor de
presión
sensor de nivel
Modelo
terwin 1408
Gentran
GT 75A
Rotalog R25/B
controlador de
velocidad
variador de
frecuencia
controlador
DC
controladores
de temperatura
LYNX
termocupla
jaguar cd75
Mentor
EUROTHERM
807/L1/R1/R1//
(EKJC116)
K 0 - 600°C
AJ TERMO
Proceso Asociado
Cap. Comunicación
presión de salida del producto
0 - 10v
presión de salida del producto
4 - 20mA
alimentación y entrada de
ingredientes
alimentación y entrada de
ingredientes
velocidad de los ejes del
extrusor
velocidad de corte de
las cuchillas
temperatura de las zonas de
calentamiento
Cantidad
1
1
normalmente
abierto
0 - 10v
2
RS485
protocolo propio
RS 485
protocolo propio
nula
1
temperatura de las zonas de
calentamiento
Tabla III.1 catálogo de los dispositivos de automatización
1
1
9
9
CAPÍTULO IV
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
IV.1 Introducción
Este capítulo muestra las condiciones, razones y motivos que hacen necesaria la
intervención de la tecnología de automatización presente en la maquinaria extrusora APV 1
de la planta Consumo Masivo de la Corporación Alfonzo Rivas, y se presentan las
consideraciones y alcances de la futura modificación de esa parte de la línea.
IV.2 Descripción del problema
Si bien la línea extrusora en su conjunto es capaz de operar sin problemas, el
sistema presenta características que pueden ser mejoradas para aumentar la productividad y
las facilidades de operación.
IV.2.1 Sistema de alimentación y entrada de ingredientes
Como se explicó, el conjunto de dispositivos que regula la entrada de los
ingredientes secos, consta de una tolva de alimentación que opera en conjunto con un
tornillo sin fin, gobernado por un controlador, ese controlador es gobernado a su vez por el
operador que supervisa el paso efectivo de materia prima hacia el sistema.
Sin embargo, el conjunto de tubos que dirigen el material hacia el tornillo extrusor
en si, es completamente cerrado, salvo unas pequeñas aberturas de ventilación, así no le
queda al operador más referencia de paso de material que la salida de material procesado, y
el vaciamiento progresivo de la tolva de alimentación. Esto tiene dos inconvenientes:
-
La necesidad de ver la salida de material procesado, hace que sea necesario que
se pierda materia prima en el proceso de ajuste de la alimentación, lo que
aumenta los costos de producción de manera sensible.
-
La capacidad de ver el vaciamiento progresivo de la tolva de la alimentación,
está limitada por la configuración de sensores de nivel que posee: al contar con
un sensor de nivel inferior que solo genera señales de tipo On/Off, el operador
no tiene total certeza de donde está el nivel de la tolva hasta que ésta está por
vaciarse, esta incertidumbre abre la posibilidad de que el sistema extrusor pueda
operar sin material.
IV.2.2 Velocidad de los Ejes de la maquinaria Extrusora
La medición de la velocidad de giro de los ejes está siendo sacrificada con el objeto
de medir controlar el torque de los mismos, si bien la medición del torque es más necesaria
que la de la velocidad, este es un parámetro importante del que convendría tener
conocimiento, porque es una medida directa de la velocidad de paso del material por la
línea.
IV.2.3 Control de los Lazos de Temperatura
Los dispositivos controladores de temperatura que están instalados actualmente
cubren las necesidades de operación, sin embargo poseen la debilidad de necesitar de un
operador que esté supervisando el seguimiento de los puntos de operación, y configurando
los controladores para variar las condiciones de operación al momento de cambiar el
producto fabricado.
IV.2.4 Lazos en General
En general, todos los lazos de control operan sin la posibilidad de ser supervisados a
distancia, conocer las alarmas, y distintas señales de estados, lo que incide directamente en
la capacidad de conocer la situación real del equipo en un momento dado. Esta dependencia
a los datos suministrados por las lecturas directas hace que la información del proceso no
pueda ser conocida de manera rápida y directa, y hace difícil el registro histórico de la
evolución de las variables de proceso, lo mismo que dificulta una visualización rápida de
las distintas acciones que se ejecutan para mantener el proceso controlado.
IV.3 Objetivos del proyecto
-
Estudiar la mejor opción para llevar la máquina extrusora APV 1 a los niveles
de automatización propios de la tecnología actual
-
Desarrollar los prototipos de los sistemas necesarios para llevar a cabo la
actualización de la tecnología de control de la máquina extrusora APV 1
-
Analizar las ofertas de implementación de los sistemas requeridos para la
actualización de la tecnología de control
CAPÍTULO V
RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA
V.1 Introducción
El presente texto indica las consideraciones, diseños, análisis y evaluaciones hechas
sobre las intervenciones a hacerse en la máquina extrusora APV 1 ubicada en la Planta de
Consumo Masivo de la Corporación Alfonzo Rivas, ubicada en la localidad de Turmero,
Edo. Aragua.
V.2 Descripción de los dispositivos requeridos
La necesidad de contar con la capacidad de configuración, supervisión y ejecución a
distancia, hace necesaria un conjunto de dispositivos que permitan implementar esas
mejoras. El primer grupo de dispositivos es uno que permita configurar los equipos
actuales, adaptando sus capacidades al esquema futuro. De manera general, se necesita
contar con 2 elementos para iniciar el proceso de conversión.
V.2.1 Bloque de Comunicación
Los esquemas de control remoto, introducen la necesidad de comunicación entre los
dispositivos de control local, y los centros de supervisión ubicados lejos del proceso. Esa
distancia hace necesaria manejar altos niveles de corriente, que junto los bajos niveles de
impedancia propios del cableado, necesitan etapas especiales de amplificación y
aislamiento para poder ser implementados. Además, la presencia de distintos niveles de
tensión, entre la electrónica que maneja la maquinaria en sí, y la electrónica de
procesamiento que compone el aspecto computacional, también presenta la necesidad de
incluir una etapa intermedia de conversión que adecue los niveles de voltaje entre las
etapas.
Ese par de condiciones, necesidad de aislamiento y de adecuar los niveles lógicos,
se solventan incluyendo una etapa intermedia de comunicación, un circuito capaz de aislar
a las etapas de salida de los dispositivos terminales de la baja impedancia de la línea de
comunicación, y además capaz de permitir la coherencia de niveles de tensión lógicos, en
particular en lo referente a los niveles que definen los protocolos de comunicación RS232 y
RS485, que son los utilizados por las computadoras personales y por las líneas de
comunicación, respectivamente.
El tipo de aislamiento que se propone es el tipo óptico, basado en un circuito foto
eléctrico, en el cual la señal lógica pasa de un lado del aislamiento al otro a través de un
diodo emisor de luz (LED), que se enciende cuando existe una señal de su lado, y luego esa
señal luminosa excita a otro LED que genera una señal lógica de la intensidad necesaria. El
uso del efecto foto eléctrico en el proceso de conducción tiene 2 ventajas:
-
No existe continuidad física real entre un lado del aislamiento y el otro, lo que
virtualmente elimina la posibilidad de paso de fallas de una etapa del
aislamiento hacia la otra, en especial cuando las fallas están asociadas a niveles
altos de corriente. Y aun cuando el problema de sobre corriente ocurra, al no
haber ningún elemento fusible, el contacto no se perderá.
-
La etapa de salida siempre ve los mismos niveles de tensión, aun cuando ocurra
que la etapa de entrada esté expuesta a niveles altos, esto se debe a que el voltaje
de salida es generado por un LED tal, que genera la misma cantidad de voltaje
independientemente de la cantidad de luz que incida sobre él. Esto es útil
además para disminuir el efecto del ruido ambiental sobre la transmisión, ya que
la única manera de generar una salida, es que exista una excitación luminosa
dentro del empaquetado del aislador, y ningún ruido electromagnético que pueda
existir en ambiente puede inducir al LED a que genere esa señal luminosa.
V.2.2 Sistema de supervisión
Para que el estado de los dispositivos y las variables de proceso pueda ser
visualizado a distancia, es necesario contar con una plataforma SCADA (siglas en de
sistema de supervisión y adquisición de datos industriales) que permita administrar los
datos del campo y manejar su visualización por parte del usuario. Para que el sistema sea
efectivo, debe cumplir 2 requisitos:
-
Capacidad de comunicación total con el conjunto de equipos
-
Claridad en la presentación gráfica de los datos
En los sistemas de supervisión, el reporte de las variables de proceso se hace en
respuesta a los pedidos de datos que hace la plataforma de administración, es por eso que el
dinamismo de todo el proceso de control a distancia depende de la plataforma en si, por ello
requiere de una programación
muy detallada, en particular en la forma en que esa
información es pedida, lo que incluye los protocolos de comunicación de la línea de
transmisión, los tiempos de espera, y la forma de pedir los datos en si, parámetros que
pueden variar con el equipo.
El fin último de los sistemas de supervisión es dar al usuario la posibilidad de
conocer de manera rápida y precisa el estado del proceso, eso hace patente que se debe
contar con los medios más adecuados para la presentación 0 de los datos, teniendo en
cuenta el no sobre exponer al usuario para hacer más manejable la información, y permitirle
al usuario acceder a ella cuándo y cómo lo desee.
Fig. V.1 Esquema de funcionamiento del sistema de supervisión de proceso
V.3 Esquemas de control propuestos
De manera más detallada, el sistema de control debería incluir la posibilidad de
supervisar y manejar por separado los motores que componen la línea, los controladores de
temperatura de las diferentes zonas de calentamiento, y el estado de las distintas señales
que describen el estado del sistema de alimentación de materia prima. Deberían poder
configurarse y supervisarse los siguientes parámetros:
-
torque del motor del extrusor
-
velocidad de giro de los tornillos del extrusor
-
consigna de temperatura por zona
-
temperatura actual por zona
-
niveles de las tolvas y tanques que componen el sistema de alimentación de
materia prima
La información debería poder ser desplegada en la pantalla según las necesidades
del operador o el supervisor de la línea, y el sistema debería poder soportar el
almacenamiento de la información generada en el campo, para poder analizar el desarrollo
de las variables de proceso a través del tiempo.
Una vez que se cuenta con estos 2 requisitos, los bloques de comunicación y el
sistema SCADA, el esquema de control de la maquinaría se pude constituir en una Red de
Área Local (LAN), que no es más que la conexión total de todos los dispositivos para
permitir el flujo de la información necesaria para facilitar la acción de control en los
distintos niveles que sean requeridos, desde supervisión de los parámetros configurados,
hasta la operación total del equipo, pasando por la configuración de los distintos valores de
los controladores.
La ejecución de las mejoras necesarias dentro de la Maquinaria Extrusora, pasa por
implantar estos modelos de dispositivos. A falta de las instalaciones de desarrollo dentro de
la planta, esta labor debe ser entregada a una empresa externa que cotice el valor de los
equipos, y su integración dentro del esquema actual de actuadores y la infraestructura
instalada.
CAPÍTULO VI
RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES
VI.1 Introducción
El capítulo VI contiene los aspectos a considerar para llevar a cabo el proceso de
actualización de la tecnología de control, tomando en cuenta el análisis de la tecnología
instalada en cada una de las etapas de la maquinaría extrusora APV 1, y las propuestas
hechas por los diferentes proveedores.
VI.2 Sistema de alimentación de ingredientes sólidos
La forma de operar el conjunto de alimentación de ingredientes sólidos, es tal que el
operador es quién debe calcular la cantidad de material que entra al sistema extrusor, esta
deficiencia se podría solventar incluyendo un medidor de flujo que le indique al operador
la cantidad neta de producto que efectivamente pasa, para que esta información pueda ser
usada para el control del motor del tornillo dosificador.
En el tanque de pre mezcla, que contiene todos los elementos sólidos que luego de
homogeneizados componen la materia prima del proceso, se recomienda instalar un sensor
de bajo nivel que indique que los niveles de material son los indicados para iniciar la
producción, este sensor On/Off actuaría como un indicativo de si es seguro operar el resto
del sistema, en particular la bazooka de alimentación que conduce el material mezclado a la
tolva de alimentación.
En cuanto al control del motor del alimentador en sí, el controlador actual podría
seguir operando como hasta ahora, ya que la información suministrada por el medidor de
flujo, y los distintos sensores de nivel le permitirían contar con la información necesaria
para operar el alimentador de manera manual. Sin embargo, la presencia del medidor de
flujo, hace posible expandir aún más el grado de automatización, si se incluye un
controlador que use la información proveniente del sensor para gobernar el motor.
VI.3 Velocidad de los ejes del extrusor
Si bien el control y la supervisión del torque en los ejes del extrusor es un parámetro
de importancia fundamental en el proceso de extrusión, en la configuración actual se está
sacrificando la medición de la velocidad con el fin de obtener el valor de ese torque. Sin
embargo, conociendo el valor del voltaje presente en las bobinas del motor, se puede
conocer la velocidad de este sin dejar de medir el torque. El conocimiento de la velocidad
de giro de los ejes y de su torque, permitiría tener una idea muy precisa de cuan rápido se
procesa el material y bajo que condiciones.
Este indicador
funcionaría como una señal analógica, que se mostraría en un
display montado en el tablero principal, de tal manera que el operador pueda visualizar
rápidamente la información y tomar las acciones y datos de manera rápida y directa.
Fig. VI.1. Esquema propuesto para el lazo del sistema de alimentación (nota: la conexión entre el
elemento 13 y el 12 es opcional)
De igual forma, la presencia del indicador de presión al final de la línea debe ser
restituida, ya que el conocimiento de esta variable es importante para el control de las
condiciones de proceso. Este indicador sería digital, y su salida iría a un visualizador
propio, para que el operador tenga acceso a esta medida cuando lo crea necesario.
VI.4 Zonas de calentamiento
El conjunto de zonas que componen el proceso de calentamiento son reguladas de
manera independiente, esa configuración modular permite manejar el proceso de manera
sencilla y eficiente, pero necesita de un operador que esté a cargo de configurar el grupo de
controladores, supervisar su operación, y verificar las posibles señales de alarma, en cada
controlador por separado, lo cual resta dinamismo a la configuración.
Fig. VI.2. Esquema propuesto para el lazo de control de la velocidad de los ejes del sistema extrusor
Una posible solución sería incluir un controlador de lazos múltiples, un solo
controlador que tenga su cargo la operación de las 9 zonas de calentamiento, esto permitiría
condensar el control de la maquinaria en un solo lugar, pero no solucionaría la situación de
tener que configurar los set points de cada zona por separado, además de limitar la
posibilidad de ver de manera inmediata la temperatura en una zona en particular,
disminuyendo la practicidad de la configuración actual al tener que manipular el equipo
para supervisar la correcta operación de la línea.
Fig. VI.3 Propuesta de controlador multi-lazo
Otra opción es mantener la configuración modular actual, pero agregando la
posibilidad de comunicación entre los equipos, y un sistema de supervisión y configuración
remoto, lo cual no sólo facilitaría la operación del extrusor, sino que además facilitaría el
procedimiento de cargar los set points cada vez que se cambie de producto. Este proceso de
carga de recetas es laborioso en la configuración actual, pero con un sistema supervisor
sería instantáneo. Para lograr esta conexión es necesario contar con un terminal de
supervisión, y que cada controlador tenga la posibilidad de comunicarse con él mediante
una red local, usando alguna clase de protocolo como el RS232 o el RS485. Los equipos
instalados actualmente no poseen esa capacidad, deberían ser sustituidos por otros que
puedan ser conectados.
Combinando las 2 opciones anteriores, es posible configurar la línea para trabajar
con un solo controlador que gobierne todo el proceso, y que además presente la opción de
ser gobernado y supervisado a distancia. Esa configuración evitaría el problema de tener
que manipular el controlador único para visualizar las variables de proceso, porque la
visualización se haría de manera directa en el sistema supervisorio, y también evitaría el
problema de tener que configurar las recetas zona por zona, como se hace en la
configuración actual, todo sin perder independencia, que la acción de control está presente
en el lugar y no en el sistema de supervisión central.
Fig. VI.4 Control multi-lazo centralizado
Fig VI.5 Esquema propuesto para el sistema extrusor completo
VI.5 Lazos en general
El estado general de la máquina puede ser visto por el operador mediante el tablero
de control, los datos provenientes de los distintos indicadores y controladores está
presentada de manera directa, sin embargo no existe la posibilidad de conocer el
comportamiento histórico de las variables del proceso, tampoco existe la posibilidad de
configurar de manera rápida la maquinaria ante cambio de producto. Este par de
desventajas podrían solventarse empleando un sistema superviso rió central, que tome la
información proveniente de los distintos sensores, y la muestre de manera directa en una
plataforma de visualización. Contar con la información en un computador, abre la
posibilidad de guardar los datos de para el operador o supervisor interés (valor de las
variables, aparición de alarmas),
y poder usarlos cuando sea necesario. Además, la
capacidad de dialogo que presentan algunos de los controladores instalados, y la posibilidad
de adquirir controladores de temperatura que cuenten con esta habilidad, haría mucho más
sencillo el variar los parámetros entre cambios de productos y durante la misma producción
en sí.
VI.6 Propuesta
Identificadas las fallas y potencialidades de la maquinaria extrusora de la línea APV
1, se inició la construcción de una serie de prototipos de los distintos bloques del sistema de
control y supervisión a implementar. En primera instancia se desarrolló el núcleo de un
software de comunicación serial, basado en el lenguaje de programación Visual Basic, este
programa incluye los fundamentos de lo que sería la base de una red SCADA. Se escoge
ese lenguaje de programación por poseer la Planta ARCO una licencia de desarrollo del
mismo. Además del software base, se hace necesario un hardware que permita manejar el
cableado propio de la red de control a distancia, basado en la red RS232. Con esto en mente
se empelaron 2 circuitos integrados: ADUM 1400 CRW04 y el 65176B. El primero es un
set de 8 opto acopladores, destinado a proteger la PC que soportará el software de los
potenciales daños que un cableado de ambiente industrial podría inducirle, la conveniencia
de un aislamiento óptico se discutió en el Capítulo V. El segundo circuito integrado es un
acoplador de impedancias, que le permitiría a cada terminal de la red de control y
supervisión (cada maquinaria conectada, la PC base), manejar la corrientes necesarias para
poder comunicarse efectivamente con la red, sin afectar sus propias etapas de salida RS
232, que no están diseñadas para operación en red, debido a su antigüedad. Ambos
integrados se solicitaron con muestra a sus fabricantes, Analog Devices y Texas
Instruments respectivamente, y los circuitos impresos necesarios para los prototipos se
fabricaron en el sitio. Las pruebas a las que se sometieron al conjunto de prototipos,
incluían simulaciones del proceso de comunicación serial, aislamiento ante corrientes
potencialmente dañinas y funcionamiento a niveles TTL. Todas concluyeron con resultados
favorables, y su uso fue bastante sencillo.
Sin embargo, la siguiente etapa de desarrollo del equipo presentaba costos, tanto
temporales como financieros, que hacían más viable la asignación de la implementación del
proyecto a una empresa externa, una contratista de servicios que estuviese especializada en
este tipo de montajes. A tal fin, se diseñaron los lineamientos y especificaciones técnicas
del sistema a ser implementado, y en base a esto se solicitaron ofertas entre los distintos
proveedores tecnológicos de la planta, para que presupuestaran software y hardware
basados en la presente investigación.
VI.7 Análisis de Propuestas Externas
Se presenta a continuación la propuesta obtenida de parte de la empresa SEEBECK
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL C.A., que fue la única en presentar una cotización
integral del proyecto de actualización, tomando como criterio los puntos ya expuestos en
los capítulos V y VI, que son el resultado del trabajo de investigación hecho sobre las
condiciones de la Línea Extrusora.
VI.7.1 Descripción de equipos
Los componentes necesarios para la modernización se pueden agrupar en dos tipos,
equipos de procesamiento de información y equipos actuadores y de interfaz, todos están
incluidos dentro de la propuesta y se analizan por separado:
VI.7.1.1 Procesamiento de información
-
SmartPlast-HMI: Software para la Interfaz Hombre Máquina bajo ambiente
Windows para el monitoreo, control, almacenamiento y comunicación del
sistema: La base del sistema SCADA de supervisión y comunicación, es el
software que maneja la operación de los dispositivos ubicados en el campo, el
programa propuesto cumple con todas las condiciones necesarias para esta
función, en detalle son:
-
Monitoreo: Esta plataforma contempla la función de revisión
periódica y automática las variables de interés en el proceso, de
tal forma que en todo momento se tenga información total de las
mismas, no solo por parte del usuario del equipo, sino por el
sistema computarizado en si. La capacidad de monitoreo
periódico es vital, porque mientras más fresca sea la información
con que se cuenta, se tendrá más control sobre las operaciones del
sistema.
-
Control: La toma de decisión de los lazos de control PID se hace
de manera digital siguiendo algoritmos programados en el
software, de esta manera se evitan los problemas de ruido y
perturbaciones propios de los sistemas analógicos, teniendo
además las ventajas que ofrecen los sistemas digitales en con
respecto a las posibilidades de registro y visualización de la
información. La arquitectura de control de este software, incluye
además la posibilidad de manejar las decisiones de manera
“manual”, es decir, anulando la acción automática del sistema
computarizado.
-
Almacenamiento: Para tener un seguimiento histórico de las
variables que componen el proceso, el software incluye la
posibilidad de guardar los valores de cada una de las entradas y
salidas, así como el estado y valor de las decisiones que se toman.
-
Comunicación: Lograr la misión de controlar el proceso, pasa por
tener la capacidad de conocer el estado real de las distintas
variables, y hacer conocer a los dispositivos actuadores las
decisiones que se toman sobre la marcha del proceso, para lograr
esa comunicación es necesario que la plataforma de control sea
capaz de manejar los distintos protocolos de comunicación
presente en los dispositivos sensores y actuadores. En el caso
particular de este proyecto, el software está en la capacidad de
manejar lo protocolos no estándar que usan algunos de los
controladores de los motores, esta opción es la más importante,
ya que los sistemas de uso más generalizado se pueden usar solo
cuando la instrumentación usa protocolos unificados como
MODBUS o PROFIBUS.
-
SmartPlast-CPU: Interfaz Hombre Máquina Local, Pantalla LCD gráfica,
teclado alfa numérico, Sistema para el monitoreo, control y comunicaciones.: El
dispositivo SmartPlast-CPU es el elemento que realiza la acción de control
centralizada, en el se concentra la inteligencia que contiene los lazos de control
de cada una de las zonas de calentamiento, maneja la información de los
controladores de velocidad, y de los sensores que componen el sistema de
automatización. En general, es un controlador digital multi lazo, que cuenta con
la interfaz necesaria para indicar cada uno de los valores que maneja, ya sean
parámetros de trabajo o variables de proceso.
VI.7.1.2 Equipos Actuadores y de Interfaz
-
SEE-042: 13 Salidas Digitales Aisladas para control de 9 SSR con sus
resistencias y 4 SRR con sus electroválvulas respectivas.: Cada una de las zonas
de calentamiento cuenta con una resistencia manejada por un relé de estado
sólido (SSR), estos componentes se activan con la salida digital dada por esta
tarjeta. Las electroválvulas del sistema de enfriamiento también se manejan con
esas salidas. Esta tarjeta, está limitada a solo 9 salidas, 9 para las resistencias, y
las restantes 4 para las primeras 4 electroválvulas.
-
SEE-044: 8 Salidas Digitales Aisladas para control de 5 SSR con sus
respectivas electroválvulas y 4 entradas Digitales Aisladas para monitoreo de
los 3 sensores de nivel: El resto de las 9 electroválvulas que forman el sistema
de enfriamiento se controlan mediante este juego de 5 SSR., igualmente, las
señales lógicas provenientes del conjunto de sensores de nivel de las tolvas de
mezcla y alimentación, son capturadas por las entradas lógicas que se
mencionan. La entrada digital extra se presenta por la arquitectura par del
sistema lógico digital.
-
SEE-018: 8 Entradas de Analógicas de Temperatura para el monitoreo de 8
termopares tipo K: Para la supervisión de las temperaturas, el elemento sensor
es un conjunto de termopares que generan cada uno una señal analógica, señal
que debe ser captada por el elemento controlador, esta tarjeta de entrada se
encarga de tomar esas lecturas y convertirlas al formato digital del controlador.
-
SEE-019: 8 Entradas Analógicas Universales para el monitoreo de 1 termopar
tipo K, 3 termopares para las 3 zonas de secado, 1 transductor de presión y 1
transductor de caudal (a ser instalado en un futuro): La termocupla que mide la
temperatura en la 9 zona no pude ser integrada en la tarjeta anterior, ya que la
lógica de multiplexación solo maneja 8 entradas. Para solucionar esto se incluye
una tarjeta adicional, y se usan las 7 entradas restantes para medir otros valores
analógicos que pueden ser de interés, como las temperaturas de las zonas de
sacado, y los transductores de presión y de caudal.
-
SEE-520: Conversor RS232 a RS485, para comunicar los Drive que controlan
los motores con el SmartPlast-CPU. Los motores que activan de giro de los
tornillos de la máquina extrusora, y de las cuchillas de corte final del producto,
están gobernados por sendos controladores que son capaces de comunicarse
serialmente, pero usan protocolos muy antiguos, muy diferentes a los códigos de
comunicación industrial más comunes. Para ellos se hace necesario este sistema
conversor, para que traduzca la información que se origina en el sistema de
control y monitoreo remoto, y la presente en el formato y protocolo propio de
estos dispositivos manejadores.
-
SEE-561: Conversor RS485 a USB para comunicar el SmartPlast-CPU con el
computador Remoto de Monitoreo y control donde se ejecutara el SmartPlastHMI. Lograr la comunicación de un computador por vía serial, es relativamente
fácil si el computador cuenta con ese puerto, pero si no lo posee, es necesario
encontrar una interfaz que traduzca la salida de cualquier otro de sus puertos. El
uso del puerto serial seria una alternativa, ya que permite manejar la
información a la velocidad requerida. Sin embargo, la conveniencia de este
equipo estaría sujeta a la presencia de este puerto serial en la computadora
donde se ejecutaría el software de supervisión.
-
SEE-PS24V: Fuente de Poder Conmutada de 24V, 1 A, para alimentación del
sistema.: Una fuente regulada tiene limitaciones de entrega de corriente, debido
a que la corriente que fluye por ella está condicionada por la tecnología del
regulador. Las fuentes reguladas por conmutación no poseen esta limitante,
pueden entregar mayores cantidades de corriente al regular la cantidad de
energía cargada en el circuito RLC que poseen a su salida, esto la hace ideal
para aplicaciones de gran exigencia como equipos de computación, y redes
LAN, ya que si bien son más ruidosas que sus equivalentes lineales, son mucho
más confiables.
VI.8 Conclusión Final
La propuesta presentada por la contratista SEEBECK INSTRUMENTACIÓN Y
CONTROL C.A., cubre todos los requerimientos del sistema centralizado que se tiene
proyectado para la Máquina Extrusora APV 1, cada una de las necesidades de
comunicación, interfaz y control es cubierta por completo por el sistema propuesto, e
incluso se abre la posibilidad de expandir la modernización en los sistemas de
automatización y supervisión a otras partes de la línea, como el horno secador y los tanque
de mezcla de jarabe, si se toman en cuenta propuestas que son presentadas en el Apéndice
A del presente Libro.
Señores: Alfonzo Rivas & CIA
Atención: Ing. Neil Barrios
Tel:
0244 6631998
Fax:
e-mail:
[email protected]
De: Ing. Germán Da Ruos
SEEBECK INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL, C.A.
Tecnópolis USB, Parque Tecnológico Sartenejas
Edif. Bolívar, Mezzanina, Baruta, Caracas, 1086A,
Venezuela
Tel: +58 212 906 4276
Fax: +58 212 962 0871
e-mail: [email protected]
URL: www.seebeck.com.ve
La presente propuesta está basada en la mejor interpretación de SEEBECK de los requerimiento técnicos
dados en las especificaciones suministradas por Alfonzo Rivas & Cia., para la mejora del sistema de
control de la línea de extrusión APV, así como en el conocimiento que del área tiene SEEBECK en
relación con los requerimientos funcionales para dicho proyecto.:
Item
1
2
3
4
5
Modelo
Descripción EQUIPOS
SmartPlast-CPU: Interfaz Hombre Máquina Local, Pantalla LCD gráfica, teclado
alfa numérico, Sistema para el monitoreo, control y comunicaciones.
SEE-042: 13 Salidas Digitales Aisladas para control de 9 SSR con sus
resistencias y 4 SRR con sus electroválvulas respectivas
SEE-044: 8 Salidas Digitales Aisladas para control de 5 SSR con sus respectivas
electroválvulas y 4 entradas Digitales Aisladas para monitoreo de los 3 sensores
de nivel.
SEE-018: 8 Entradas de Analógicas de Temperatura para el monitoreo de 8
termopares tipo K
SEE-019: 8 Entradas Analógicas Universales para el monitoreo de 1 termopar tipo
Cant. Precio / U Bs.
1
1,742,500.00
Monto Bs.
1,742,500.00
1
412,500.00
412,500.00
1
435,000.00
435,000.00
1
720,000.00
720,000.00
1
1,065,000.00
1,065,000.00
2
262,500.00
525,000.00
1
360,000.00
360,000.00
1
240,000.00
240,000.00
1
2,000,000.00
2,000,000.00
1
2,500,000.00
2,500,000.00
Sub.Total Bs.
IVA 15%
TOTAL Bs.
10,000,000.00
1,500,000.00
11,500,000.00
K , 3 temopares para las 3 zonas de secado, 1 transductor de presión y 1
6
7
8
9
10
transductor de caudal (a ser instalado en un futuro)
SEE-520: Conversor RS232 a RS485, para comunicar los Drive que controlan los
motores con el SmartPlast-CPU.
SEE-561: Conversor RS485 a USB para comunicar el SmartPlast-CPU con el
computador Remoto de Monitoreo y control donde se ejecutara el SmartPlastHMI
SEE-PS24V: Fuente de Poder Conmutada de 24V, 1 A, para alimentación del
sistema.
SmartPlast-HMI: Software para la Interfaz Hombre Máquina bajo ambiente
Windows para el monitoreo, control, almacenamiento y comunicación del
sistema. No Incluye el PC ni el sistema operativo.
Integración e instalación del sistema. Se Integrará e instalará el nuevo sistema de
control en el actual gabinete de control de la línea de extrusión AVP. No incluye el
cableado entre el SmartPlast-CPU y el PC donde correrá el SmartPlast-HMI
Tabla VI.1 Cotización detallada de la empresa SEEBECK AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL C.A.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Sistemas de Control Automático. Benjamin Kuo Editorial Prentice Hall. Séptima
edición, 1997.
[2]
Diseño de un Sistema de Control Automático para la Caden H Perteneciente a la
Planta de de Molineda y Compactación de CVG CARBONORCA Nidia Golcalves.
Libro de pasantía larga para optar al título de ingeniera electrónica. Universidad
Simón Bolívar, 2004.
[3]
Food Extrusion Science and Technology. Kokini, Ho y Karwe. Marcel Dekker Inc.,
1991.
[4]
Desarrollo y evaluación de un alimento listo para consumo utilizando el Proceso de
Extrusión. Finaly López Rasquín. Trabajo de Grado para optar a la Maestría en
Ciencias de los Alimentos. Universidad Simón Bolívar, 1982.
[5]
Efecto de la extrusión en la composición de la fracción gruesa del germen de maíz
desgrasado. Jenny Gil Andueza. Trabajo de Grado para optar a la Maestría en
Ciencias de los Alimentos. Universidad Simón Bolívar, 1997.
ANEXOS
ANEXO A
PROPUESTA DE MEJORA DE LA TECNOLOGÍA DE INSTRUMENTACIÓN Y
CONTROL DE LOS TANQUES DE JARABE DE LA LÍNEA APV 1
A.1 Descripción del proceso
Algunos de los cereales extruidos que se producen en la planta de consumo masivo,
son recubiertos con un jarabe que al secarse, cristaliza formando una capa dulce sobre el
producto, y que puede variar según lo que se esté produciendo, desde un almíbar puro de
azúcar, hasta un recubrimiento achocolatado.
Este jarabe se prepara diluyendo una base de glucosa con agua caliente, lo cual se
logra mezclando agua suave corriente con vapor de agua, todo de manera simultánea, y
sobre esa base se agregan azúcar refinado y otros ingredientes, todo en un par de tanques de
mezclado instalado a un lado de la línea de producción, el sistema está duplicado para
facilitar la dinámica de proceso. Luego de mezclada, la preparación es bombeada a un
tambor de recubrimiento donde los cereales son rociados con ella, para luego pasar a un
horno de sacado donde se cristaliza el jarabe. Existe la posibilidad de no bombear el
recubrimiento, y mantenerlo recirculando dentro del sistema de mezcla, esto para mantener
en movimiento la mezcla, para evitar que se solidifique dentro de los tanques.
A.2 Situación actual
El proceso de mezclado y preparación de jarabe se realiza actualmente de manera
manual, el operador activa el paso de agua y vapor de forma simultánea mediante un
sistema de válvulas y llaves de paso, y llena manualmente el tanque de mezclado con
glucosa, azúcar, y los distintos aditivos e ingredientes sólidos que se necesitan según el
producto.
De esta manera las distintas variables que están involucradas en el proceso, se
controlan y supervisan por inspección visual y por medio de los instrumentos analógicos, lo
que hace que el procedimiento de preparación de la cobertura sea altamente dependiente de
la experiencia del operador, haciendo que la dinámica de la línea dependa de la presencia
de este.
A.3 Requerimientos del sistema
Lo que se busca es independizar el proceso de la presencia de un operador experto
en el uso de los tanques de mezclado, para eso es necesario hacer más visibles las
condiciones del proceso en cada momento, de tal manera que el sistema sea más manejable,
esto incluye lo siguiente:
-
Permitir una visualización rápida del nivel de líquido en los tanques, para que a
la hora de ser empleados, el operador sepa si está dentro de los márgenes
operativos.
-
Mejorar la visualización de la temperatura dentro de los tanques, ya que la
tecnología instalada actualmente es ya bastante antigua y presenta desventajas
comparativas con respecto a otras más recientes que podrían considerarse.
-
Implementar un sistema de señalizaciones y alarmas que le permitan al
operador, conocer de manera directa y sencilla todas las variables, así como las
condiciones de trabajo y seguridad del par de tanques, tales como exceso de
presión y niveles críticos en los tanques.
Fig. A.1 Esquema de control actual de los tanques de jarabe
A.4 Propuestas de mejora
Actualizar la tecnología de indicadores, para lograr mayor claridad en las
mediciones y explotar las posibilidades de los dispositivos actuales, como salidas
analógicas para su uso en controladores y supervisión remota del estado de las variables de
proceso.
Incluir un par de sensores de nivel cada uno de los tanques, uno para nivel alto y
otro para nivel bajo, y centralizar sus señalizaciones para que el operador pueda acceder a
la información generada por ellos de manera rápida y sencilla.
Si se deseara un nuevo nivel de automatismo en la línea, se plantea la posibilidad de
incluir un controlador de temperatura en cada tanque, para que regule le entrada de agua
caliente al mismo. Para esto es necesario incluir un sistema de electro válvulas gobernadas
por ese controlador, esto sin la necesidad de variar el esquema de flujo de agua ni de vapor
en el sistema. Además, con el uso de la información de los sensores de nivel, es posible
implementar una función de llenado automático del tanque, cuando los niveles de fluido en
el mismo bajen por debajo de los niveles mínimos de operación.
Fig. A.2 Esquema de control local propuesto para los tanques de jarabe
Otro nivel de mejora incluiría la posibilidad de centralizar la información generada
por los sensores, en un dispositivo controlador único que sea capaz de mantener
comunicación con una estación de manejo y supervisión a distancia. Este dispositivo de
control y supervisión estaría colocado en tablero en las cercanías del equipo y cableado a la
oficina
del supervisor respectivo, con esta configuración se abriría la posibilidad de
automatizar totalmente la operación de mezcla, ya que contando con el controlador central,
un dispositivo tipo PLC, o un microcontrolador lo suficientemente potente, tipo Motorola
HC08, se podrían controlar cada una de las señales que representan al proceso, y manejar
los dispositivos actuadores que llevarían el proceso de mezcla. Para implementar el nivel
de automatismo total, solo basta con programar el controlador con el algoritmo de mezcla
de ingredientes, hasta ahora hecho de forma manual, que es bastante sencillo.
Fig. A.3 Esquema de control local con supervisión remota propuesto para los tanques de jarabe
INICIO
¿INGREDIENTES
SÓLIDOS
DISPONIBLES?
NO
SI
ABRIR VÁLVULA
DE VAPOR
ABRIR VÁLVULA
DE AGUA
NO
NO
¿TEMP?
¿NIVEL?
SI
SI
ENCENDER REMOVEDRES
ENCENDER BAZOOKAS
¿LISTO EL
JARABE?
NO
SI
ENCENDER BOMBA
NO
¿SE USARÁ
EL JARABE?
SI
ABRIR VÁLVULA
DEL TAMBOR DE
RECUBRIMIENTO
ABRIR VÁLVULA DE
RECIRCULACIÓN
¿NIVEL
BAJO?
SI
APAGAR
FIN
Fig. A.4 Flujo grama del algoritmo de uso de los tanques de mezcla de jarabe
NO
ANEXO B
SISTEMA DE CONTEO DE DOCE DOCENAS DE BOLSAS
B.1 Objetivo
El circuito está diseñado para llevar una cuenta de 144 bolsas individuales (12
docenas), cantidad que debe embalarse hacia los centros de distribución del producto
terminado. El esquema general es el siguiente:
Fig. B.1 esquema general del circuito contador
Las funciones de cada bloque son las siguientes:
-
Contador libre: compuesto por 3 circuitos lógicos integrados, que conectados en
cascada, cuentan interrupciones a su entrada, la cuenta se hace de manera
ascendente y en formato decimal.
-
Display: la etapa de visualización consta de 3 displays 7 segmentos, cátodo
común, manejados directamente por los circuitos integrados encargados de la
cuenta.
-
Circuito de detención: lógica booleana diseñada para re iniciar la cuenta en el
sistema contador, cuando el número de bolsas llega a 144. La etapa esta
conformada por un conjunto de compuertas AND, OR y NOT, conectadas de tal
manera que genera una señal de reset cuando la salida del circuito de conteo
llega al número indicado.
-
Reset externo: induce un re inicio de la cuenta por el usuario.
-
Conteo externo: eleva la cuenta de las bolsas en una (1) unidad.
-
Acondicionamiento de la señal: etapa analógica que acondiciona la señal
generada por el sensor, para que pueda ser procesada por la lógica que
componen el circuito, consta de un comparador que permite variar los niveles de
sensibilidad, al tiempo que genera señales TTL para las etapas subsiguientes.
-
Contador binario: adapta las ordenes generadas por el sistema de cuenta, a la
acción requerida de direccionamiento de las bolsas
-
Actuador: etapa final que adapta los niveles de tensión lógicos, a los niveles de
trabajo de las máquinas gobernadas por el equipo.
Los bloques de mayor importancia son: el de parada, el de acondicionamiento de
señal, y el sistema de cuenta, vistos con un detalle mayor, están compuestos así:
B.2 Esquema lógico del circuito de detención
Fig. B.2 detalle de la lógica combinada de los circuitos de parada y de cuenta
La operación del circuito se basa en la presencia de la lógica de parada formada por
los circuitos TTL (recuadro verde), que siendo toman la salida del sistema de cuenta
(recuadro azul) y generan una señal de reset cuando la cuenta va por 144, re iniciándose así
la cuenta.
La señal que se origina en el sensor es acondicionada por el siguiente circuito:
Fig. B.3 Circuito de acondicionamiento de señal a los niveles TTL
El divisor de voltaje formado por la foto resistencia, genera un nivel de tensión que
es comparado con la tensión generada por la resistencia variable, así, los niveles de
luminosidad necesarios para generar una señal válida son ajustables variando la resistencia
móvil. La salida es un pulso cuadrado que es tomado por el reloj del conjunto de contadores
por medio de un transistor conectado a modo de interruptor, activándose así la cuenta con
cada modificación en la tensión causada por la presencia o ausencia de luz en el foto
sensor.
Para el proceso de cuenta se emplea un trío de circuitos integrados CD40110B,
contadores de década en formato BCD, conectados en cascada de tal manera que las señales
de carry out de cada uno activan la etapa siguiente, salvo el contador de unidades que se
activa directamente con la señal proveniente del acondicionador de señal.
B.3 Situación del proyecto
El esquema descrito se armó provisionalmente y se le sometió a pruebas en el
laboratorio de instrumentación, estas consistían en simular mediante una lampara fija y un
objeto móvil el proceso de conteo y parada, ante estas pruebas el sistema respondió
satisfactoriamente. Hecho esto, se construyó una versión definitiva destinada a ser probada
en la línea de producción. Esto no fue posible ya que los componentes necesarios para la
construcción del equipo prototipo llegaron después de la parada de final de año, cuando
todas las líneas estaban fuera de operación. Además el prototipo final presenta fallas en el
sistema de parada, causadas aparentemente por daños en el proceso de soldadura. Ante esto,
se plantea la posibilidad de integrar la lógica del sistema en un integrado PIC16F84A. El
diseño y construcción de este nuevo prototipo está en desarrollo para la fecha de
presentación de este libro, se anexa el código preliminar comentado para posibles
referencias.
B.3.2 Código en assembler PIC
;------------------------------------------------------------------------------;
BREVE DESCRIPCION
;------------------------------------------------------------------------------; Programa de conteo:
;
; PTB0 => Interrupciones
; PTB1 => Pata de Control
;-------------------------------------------------------------------------------
; ETIQUETAS
R
W
C
Z
EQU
EQU
EQU
EQU
0X01
0X00
0X00
0X02
RP0
PATA
EQU
EQU
0X05
0X01
; PTB1
; SPECIAL FUNCTION REGISTER IN BANK 0
INDF
EQU
0X00
TMR0
EQU
0X01
STATUS
EQU
0X03
FSR
EQU
0X04
PORTA
EQU
0X05
PORTB
EQU
0X06
INTCON
EQU
0X0B
OPTIO
EQU
0X01
; EQUIVALE AL REGISTRO OPTION
; FILE REGISTERS
CONT
EQU
AUX
EQU
0X0C
0X0D
; REGISTRO CONTADOR
; REGISTRO AUXILIAR
;------------------------------------------------------------------------------ORG
0X00
GOTO INIC
ORG
GOTO
0X04
INTERRUP
;-------------------------------------------------------------------------------
; INICIALIZACIONES
;------------------------------------------------------------------------------ORG
0X05
INIC
BSF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BCF
BCF
STATUS,RP0
B'00000001'
PORTB
B'00000000'
PORTA
OPTIO,6
STATUS,RP0
; PUERTOB => SALIDA Y RB0 ENTRADA
; PUERTOA => SALIDA
; SELECCION DE FLANCO DE BAJADA INTERRUPS
MOVLW 0X90
MOVWF INTCON
; HABILITA LA INTERRUPCION
; POR LA PATA RB0
CLRF
CLRF
CLRF
; LIMPIAR PUERTOS
PORTA
PORTB
AUX
MOVLW .144
MOVWF CONT
; LIMPIA REGISTRO AUX
; CARGAR 144 EN
; LA VARIBLE CONT
;-----------------------------------------------------------------------------; PROGRAMA PRINCIPAL
;------------------------------------------------------------------------------
MAIN
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
GOTO
MAIN
;-----------------------------------------------------------------------------; RUTINA DE PARADA EN 144
;-----------------------------------------------------------------------------INTERRUP
;
DECFSZ CONT,F
GOTO SALIDA
; BRINCA SI CONT=0
; SALIR
INCF
AUX,F
; INCREMENTA AUX
BTFSS
BSF
BTFSC
BCF
AUX,0
PORTB,PATA
AUX,0
PORTB,PATA
; BRINCA SI AUX ES IMPAR
; PTB1 = '1'
; BRINCA SI AUX ES PAR
; PTB1 = '0'
MOVLW .3
MOVLW .154
MOVWF CONT
; CARGAR 3 EN
; CARGAR 154 EN
; LA VARIBLE CONT
MOVLW 0X90
MOVWF INTCON
; HABILITA LA INTERRUPCION
; POR LA PATA RB0
RETLW 0
; RETORNO Y w=0
SALIDA
; ---------------------------------------------------------------------------END
ANEXO C
ELEMENTO TEMPORIZADOR DOBLE
C.1 Objetivo
Se necesita que cuente 15 minutos, luego 30, y luego se reinicie la cuenta. El
esquema básico a emplear es un circuito temporizador basado en un circuito RC, cuya
constante de tiempo es
τ = 1/RC
La configuración de descarga automática es
Fig. C.1 Esquema de descarga automática
El comparador detecta cuando el nivel de voltaje en el C1, pasa sobre la referencia
fijada por el divisor de tensión formado por el potenciómetro, y genera una señal positiva
que activa el transistor. Si se cumple que R<<R1, C1 se descarga hacia la tierra a muy alta
velocidad.
Se necesitan 2 montajes como el de la figura, uno para cada tiempo de espera.
@ t = 15 minutos: R1 = 500Ω, C1 = 2µF
@ t = 15 minutos: R1 = 500Ω, C1 = 1µF
R = 50 Ω en ambos casos
Además, se necesita una lógica que controle las secuencias de encendido alternado
de cada etapa. En general, un esquema como el siguiente
Fig. C.2 Esquema del circuito controlador
La secuencia óptima de encendido es la siguiente
Fig. C.3 Secuencia de encendido de los comparadores
Conocida la secuencia de encendido, es posible construir una lógica capaz de
manejar el encendido de los transistores. La tabla de la verdad de esa lógica es la siguiente
X1
X2
0
0
1
1
Y1
0
1
0
1
Y2
0
0
0
1
1
1
0
0
Tabla C.1 Relación de entradas y salidas del circuito lógico de control
En base a eso, se dedujo que la forma de las salidas es
Y1 = X1X2
Y2 = X2’
De manera gráfica, el circuito es el siguiente
Fig. C.4 detalle de montaje del circuito completo
C.2 Funcionamiento
Cuando la curva de carga del circuito RC llegue al nivel de referencia dado por el
potenciómetro, se habrá cumplido el tiempo τ. Así, variando el VREF se puede variar el
tiempo. La etapa comparadora se encarga de generar los niveles TTL para la operación
óptima de las compuertas lógicas controladoras. X1 maneja un relé que activa el motor
requerido.
C.3 Listado de Piezas
2
Resistencias 50Ω ¼ W
2
Resistencias 500Ω ¼ W
2
Potenciómetros
1KΩ pequeños
5
condensadores
2µF cerámicos
2
condensadores
1µF cerámicos
1
74LS04
compuerta NOT
1
74LS08
compuerta AND
1
TL082
op am dual
1
Relé
5v
4
2N2222
3
LED
1
Baquelita perforada sin pistas 10x8 cm.
Transistor NPN
Rojos
ANEXO C
VARIOS
D.1 Tablero de control del Extrusor APV 1
D.2 Detalles de controladores de Temperatura y Presión de salida del Extrusor APV 1
D.3 Detalle del motor del Extrusor APV 1 y de su sistema de alimentación
D.4 Vista general de los Tanques de Jarabe y su tablero de control
D.5 Prototipos de Manejadores de Red y Dispositivo Contador de Bolsas