UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
Facultad de Ingeniería Industrial
Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica
INFORME DE INVESTIGACIÓN:
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE LA MÁQUINA LLENADORA DE BOTELLAS DE DESBORDAMIENTO
DE PRESION GI3300 DE ACASI”
Presentada por:
Dennis Chinguel Rojas Elviz Jhon Garcia Camizan Ángel Justino Guevara Acosta
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE Ingeniero Mecatrónico
Línea de Investigación:
Informática, electrónica y telecomunicaciones
Sub-Línea de Investigación Automatización y control
Piura, Perú
2020
PAGINA DE FIRMAS DE EJECUTORES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
Facultad de Ingeniería Industrial
Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica
INFORME DE INVESTIGACIÓN:
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE LA MÁQUINA LLENADORA DE BOTELLAS DE DESBORDAMIENTO
DE PRESION GI3300 DE ACASI”
LOS SUSCRITOS DECLARAMOS QUE EL PRESENTE TRABAJO DE TESIS ES ORIGINAL, EN SU CONTENIDO Y FORMA
_____________________________
Mag. Teobaldo León García CO-ASESOR _____________________________
Bach. Dennis Chinguel Rojas AUTOR
_____________________________
Bach. Elviz Jhon Garcia Camizan AUTOR
_____________________________
Bach. Ángel Justino Guevara Acosta AUTOR
_____________________________
Mag. Jorge Florentino Ma San Zapata ASESOR
UNP-VRI-OCIN-DJ-N° ………/2020
DECLARACIÓN JURADA
DE ORIGINALIDAD DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Yo DENNIS CHINGUEL ROJAS, identificado con DNI N° 72218711, en la condición de Egresado, de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Escuela profesional de Ingeniería Mecatrónica y domiciliado en Av. Ramon Castilla 314 Int. 001, Distrito de Huancabamba, Provincia de Huancabamba, Departamento de Piura, Celular N° 942996254, y email [email protected].
DECLARO BAJO JURAMENTO: que el trabajo de investigación que presento a la Oficina Central de Investigación (OCIN), es original, no siendo copia parcial ni total de un trabajo de investigación desarrollado, y/o realizado en el Perú o en el Extranjero, en caso de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo establecido en el Art. N°
411, del código Penal concordante con el Art. 32° de la Ley N° 27444, y Ley del Procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección a los Derechos de Autor.
En fe de lo cual firmo la presente.
Piura, octubre de 2020
______________________________
DENNIS CHINGUEL ROJAS DNI N° 72218711
Artículo 411.- El que, en un procedimiento administrativo, hace una falsa declaración en relación a hechos o circunstancias que le corresponde probar, violando la presunción de veracidad establecida por ley, será reprimido con pena privativa de libertad no menor de uno ni mayor de cuatro años.
Artículo 4. Inciso 412 del Reglamento del Registro Nacional de Trabajos de Investigación para optar grados académicos y título profesionales-RENATI Resolución de Consejo Directivo N° 033-2016- SUNEDU/CD.
UNP-VRI-OCIN-DJ-N° ………/2020
DECLARACIÓN JURADA
DE ORIGINALIDAD DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Yo ELVIZ JHON GARCIA CAMIZAN, identificado con DNI N° 73826063, en la condición de Egresado, de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Escuela profesional de Ingeniería Mecatrónica y domiciliado en Caserío Mishahuecc, Distrito de Canchaque, Provincia de Huancabamba, Departamento de Piura, Celular N° 915254905, y email [email protected].
DECLARO BAJO JURAMENTO: que el trabajo de investigación que presento a la Oficina Central de Investigación (OCIN), es original, no siendo copia parcial ni total de un trabajo de investigación desarrollado, y/o realizado en el Perú o en el Extranjero, en caso de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo establecido en el Art. N°
411, del código Penal concordante con el Art. 32° de la Ley N° 27444, y Ley del Procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección a los Derechos de Autor.
En fe de lo cual firmo la presente.
Piura, octubre de 2020
______________________________
ELVIZ JHON GARCIA CAMIZAN DNI N° 73826063
Artículo 411.- El que, en un procedimiento administrativo, hace una falsa declaración en relación a hechos o circunstancias que le corresponde probar, violando la presunción de veracidad establecida por ley, será reprimido con pena privativa de libertad no menor de uno ni mayor de cuatro años.
Artículo 4. Inciso 412 del Reglamento del Registro Nacional de Trabajos de Investigación para optar grados académicos y título profesionales-RENATI Resolución de Consejo Directivo N° 033-2016- SUNEDU/CD.
UNP-VRI-OCIN-DJ-N° ………/2020
DECLARACIÓN JURADA
DE ORIGINALIDAD DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Yo ANGEL JUSTINO GUEVARA ACOSTA, identificado con DNI N° 71522093, en la condición de Egresado, de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Escuela profesional de Ingeniería Mecatrónica y domiciliado en Caserio Yumbe S/N, Distrito de Canchaque, Provincia de Huancabamba, Departamento de Piura, Celular N° 931131970, y email [email protected].
DECLARO BAJO JURAMENTO: que el trabajo de investigación que presento a la Oficina Central de Investigación (OCIN), es original, no siendo copia parcial ni total de un trabajo de investigación desarrollado, y/o realizado en el Perú o en el Extranjero, en caso de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo establecido en el Art. N°
411, del código Penal concordante con el Art. 32° de la Ley N° 27444, y Ley del Procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección a los Derechos de Autor.
En fe de lo cual firmo la presente.
Piura, octubre de 2020
______________________________
ANGEL J. GUEVARA ACOSTA DNI N° 71522093
Artículo 411.- El que, en un procedimiento administrativo, hace una falsa declaración en relación a hechos o circunstancias que le corresponde probar, violando la presunción de veracidad establecida por ley, será reprimido con pena privativa de libertad no menor de uno ni mayor de cuatro años.
Artículo 4. Inciso 412 del Reglamento del Registro Nacional de Trabajos de Investigación para optar grados académicos y título profesionales-RENATI Resolución de Consejo Directivo N° 033-2016- SUNEDU/CD.
HOJA DE FIRMAS DEL JURADO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
Facultad de Ingeniería Industrial
Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica
INFORME DE INVESTIGACIÓN:
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE LA MÁQUINA LLENADORA DE BOTELLAS DE DESBORDAMIENTO
DE PRESION GI3300 DE ACASI”
APROBADA EN CONTENIDO Y ESTILO POR:
____________________________________
Mg. MANNOLIO HUACCHILLO CALLE Miembro del Jurado Calificador
____________________________________
Mg. CESAR ARTURO NIÑO CARMONA Miembro del Jurado Calificador
___________________________________
Ing. LUIS ALBERTO CALDERON PINEDO Miembro del Jurado Calificado
viii
DEDICATORIA
En primer lugar a Dios,
mis Padres y Abuelos quienes me enseñaron a mejorar cada día, sin perder de vista
mis objetivos y metas.
ix
AGRADECIMIENTO
A nuestros Padres:
Por ser fuentes inagotables de nuestras fortalezas, nuestros motores y motivo para superarnos
cada día más.
A mi Asesor:
Mag. Jorge Florentino por su paciencia y el apoyo constante en la elaboración
de mi trabajo de tesis.
x
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA……….…viii
AGRADECIMIENTO……….….…ix
ÍNDICE……….x
ÍNDICE DE TABLAS……….…….xi
ÍNDICE DE FIGURAS……….…….xiii
ÍNDICE DE ANEXOS……….…..xiv
RESUMEN………..xv
ABSTRACT………..xvi
CAPÍTULO I: ASPECTOS DE LA PROBLEMATICA ... 1
1.1 Descripción de la realidad problematica ... 1
1.2 Justificación e importancia de la investigación ... 2
1.3 Objetivos ... 3
1.4 Delimitación de la investigación ... 3
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ... 4
2.1 Antecedentes de la investigación ... 4
2.2 Bases teóricas ... 6
2.3 Glosario de términos básicos ... 16
2.4 Marco referencial ... 21
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ... 22
3.1 Enfoque y diseño ... 22
3.2 Sujetos de la investigación ... 22
3.3 Métodos y procedimientos ... 23
3.4 Técnicas e instrumentos ... 23
3.5 Aspectos éticos ... 24
CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 25
4.1 Resultados ... 25
4.2 Discusión ... 38
CONCLUSIONES ... 40
RECOMENDACIONES ... 41
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 42
ANEXOS ... 44
xi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Comparación de sistema PLC Relés ... 11
Tabla 2.2. Normatividad nacional de la calidad del agua para consumo humano ... 21
Tabla 3.1. Procedimiento del método hipotético-deductivo ... 23
Tabla 3.2. Instrumentos y técnicas ... 23
Tabla 4.01. Procedimiento de diseño del sistema de control electroneumático ... 25
Tabla 4.02. Registro del proceso de llenado sin PLC ... 25
Tabla 4.03. Procedimiento de diseño del sistema PLC ... 27
Tabla 4.04. Registro de entradas/salidas del PLC ... 27
Tabla 4.05. Registro de módulos conectados de 24VDC ... 27
Tabla 4.06. Registro de consumo de corriente de los componentes ... 28
Tabla 4.07. Registro de intensidad de fuentes de alimentación de 24VDC ... 28
Tabla 4.08. Comparación entre sistemas ... 29
Tabla 4.09. Procedimiento de diseño del programa PLC ... 29
Tabla 4.10. Registro del proceso de llenado con PLC... 30
Tabla 4.11. Sustitución del sistema de circuitos eléctricos a esquema de contactos ... 30
Tabla 4.12. Cálculo del tiempo real de producción ... 33
Tabla 4.12. Registro de estado de las salidas del PLC en el display ... 32
Tabla 4.13. Cálculo del costo del aire comprimido ... 33
Tabla 4.14. Cálculo del tiempo disponible para producción ... 33
Tabla 4.16. Cálculo de la disponibilidad ... 34
Tabla 4.17. Cálculo de la producción real ... 34
Tabla 4.18. Cálculo de la eficiencia general de los equipos ... 35
Tabla 4.18. Cálculo del desempeño ... 34
Tabla 4.19. Cálculo de la calidad ... 35
Tabla 4.21. Cálculo de la OEE para un tiempo disponible para producción de 5h ... 35
Tabla 4.22. Cálculo del peso de botella sin la mejora ... 37
Tabla 4.23. Cálculo del peso de botella con la mejora ... 38
Tabla Anexo 1.1. Matriz de consistencia ... 44
Tabla Anexo 2.1. Formato para el registro del costo del aire comprimido ... 45
Tabla Anexo 2.2. Tarifa BT5B Residencial con simple medición de energía .-1E ... 46
Tabla Anexo 2.3. Formato de registro del OEE para una producción real de 5 horas ... 47
Tabla Anexo 2.4. Valores de disponibilidad ... 48
Tabla Anexo 2.5. Valores de desempeño de la máquina GI3300... 48
Tabla Anexo 2.6. Valores de la calidad para una producción real de 5 horas ... 48
Tabla Anexo 2.7. Porcentajes de el OEE para una producción real de 5 horas ... 49
Tabla Anexo 3.1. Registro de constancias de validación de las guías de observación ... 50
Tabla Anexo 4.1. Normas técnicas internacionales de autómatas programables ... 53
Tabla Anexo 4.2. Normas técnicas internacionales para aire comprimido ... 53
Tabla Anexo 4.3. Normas técnicas internacionales de gestión de la energía ... 54
Tabla Anexo 4.4. Normas técnicas nacionales para agua mineral ... 54
xii
Tabla Anexo 5.1. Datos técnicos de salidas digitales de módulo LOGO! ... 55
Tabla Anexo 5.2. Datos técnicos de fuente de alimentación de módulo LOGO! ... 56
Tabla Anexo 5.3. Ficha Técnica del Acero Inoxidable ... 56
Tabla Anexo 6.1. Formato de registro de asignación de entradas y salidad del PLC ... 58
Tabla Anexo 6.2. Rubros financiables... 59
Tabla Anexo 6.3. Registro de planos del proyecto de investigación ... 60
xiii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Máquina llenadora GI3300 ... 7
Figura 2.2. Transición de señales neumáticas en señales eléctricas ... 8
Figura 2.3. Transición de señales eléctricas en señales enumáticas ... 9
Figura 2.4. Símbolos gráficos de contaccto y maniobra para válvulas ... 10
Figura 2.5. Procesamiento de la imagen de proceso... 14
Figura 2.6. Ejecución del programa... 15
Figura 4.1. Esquema de circuitos neumático ... 26
Figura 4.2. Esquema de circuitos eléctrico ... 26
Figura 4.3. Boquilla mecánica de la válvula de reflujo ... 36
Figura 4.3. Diseño del sistema PLC ... 28
Figura 4.4. Boquilla mecánica de la nueva válvula de reflujo ... 37
xiv
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Matriz de consistencia ... 44
Anexo 2. Instrumentos de recolección de datos... 45
Anexo 3. Informe de validez y confiabilidad de los instrumentos de recolección de datos ... 50
Anexo 4. Normas técnicas ... 53
Anexo 5. Fichas Técnicas ... 55
Anexo 6. Diseño ... 57
xv
RESUMEN
El presente proyecto de investigación tiene por título: “Diseño de un sistema de automatización de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI”. La investigación se realiza porque no existen documentación estandarizada del sistema PLC de la máquina GI3300, que mediante la investigación permitirá diseñar el sistema neumático y el sistema de control por relés, simular todas las conexiones del sistema de control electroneumático, y diseñar el sistema PLC, asi como lograr la migración del PLC, el diseño del programa PLC, y la reducción de la longitud de la boquilla para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor. La investigación se realizó para lograr una solución con un sistema de automatización que mejoren la capacidad de agua, eficiencia energética (costo del aire comprimiedo) y la eficiencia general de los equipos en las máquinas GI3300, así como reducir el impacto en el medio ambiente. La investigación según el enfoque cuantitativo se considera no experimental porque el diseño del sistema PLC permitió el llenado de las 6 botellas utilizando una válvula de reflujo que se ajusta a la capacidad requerida de agua. Finalmente se concluye que el sistema PLC se diseñó mediante el proceso de reingeniería, cuyo diseño permitió la simulación simultanea de todas las conexiones del sistema de control electroneumático, el diseño del sistema PLC de la máquina GI3300, la migración del PLC, el diseño del programa PLC, y la reducción de la longuitud de la boquilla para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
Palabras Claves: automatización, eficiencia, máquina, proceso, sistema
xvi
ABSTRACT
El presente proyecto de investigación tiene por título: “Diseño de un sistema de automatización de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI”. La investigación se realiza porque no existen documentación estandarizada del sistema PLC de la máquina GI3300, que mediante la investigación podrá diseñar el sistema neumático y el sistema de control por relés, simular todas las conexiones del sistema de control electroneumático, y diseñar el sistema PLC, asi como lograr la migración del PLC, el diseño del programa PLC, y la reducción de la longitud de la boquilla para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor. La investigación se realizó para lograr una solución con un sistema de automatización que mejoren la capacidad de agua, eficiencia energética (costo del aire comprimido) y la eficiencia general de los equipos en las máquinas GI3300, así como reducir el impacto en el medio ambiente.
La investigación según el enfoque cuantitativo se considera no experimental porque el diseño del sistema PLC incluye el llenado de las 6 botellas utilizando una válvula de reflujo que se ajusta a la capacidad requerida de agua. Finalmente se concluye que el sistema PLC se diseñó mediante el proceso de reingeniería, cuyo diseño encontró la simulación simultanea de todas las conexiones del sistema de control electroneumático, el diseño del sistema PLC de la máquina GI3300, la migración del PLC, el diseño del programa PLC, y la reducción de la longitud de la boquilla para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
Keywords: automation, efficiency, machine, process, system.
xvii
INTRODUCCIÓN
Empresas embotelladoras de agua mineral de la región Piura y Tumbes, generalmente realizan el proceso de llenado de botellas de forma manual para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor, estas empresas para realizar el proceso de llenado de agua de forma automática a razón de 36 botellas por minuto (bpm), compran a ACASI Machinary Inc-Miami máquinas GI3300 desmontado en partes y piezas, que deberán realizar la migración del PLC Omron en vez de reprogramarlo, diseñar el programa PLC, y reducir la longuitud de la boquilla de la válvula de reflujo para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
En el primer capítulo, se aborda la descripción de la realidad problemática en forma detallada y objetiva, la justificación e importancia de la investigación, los objetivos de la investigación, y la delimitación de la investigación.
En el segundo capítulo, se mencionan los antecedentes de la investigación relacionados con el problema planteado, las bases teóricas que sustentan las variables, se redactan el glosario de términos básicos que utilizamos con frecuencia en el desarrollo de la investigación.
En el tercer capítulo, se describe el marco metodológico utilizado en la investigación, se menciona el enfoque y diseño, enfoque de investigación, métodos y procedimientos, las técnicas de investigación, y los aspectos éticos.
En el cuarto capítulo, se describe el desarrollo de los objetivos específicos iniciando con el diseño del sistema de control electroneumático, diseño del sistema PLC, y diseño de la boquilla de la válvula de reflujo de la máquina GI3300 de ACASI. Seguido de ello se realiza la interpretación y el análisis de los resultados obtenidos.
1
CAPÍTULO I: ASPECTOS DE LA PROBLEMATICA
1.1 Descripción de la realidad problematica
Las empresas envasadoras de agua mineral, deben asegurar producir agua mineral de calidad según la organización mundial de la salud (OMS), estas empresas compran máquinas como por ejemplo la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI, se observa un aumento en el consumo de botellas minerales:
“El plástico toma un protagonismo significativo en la industria, pero sobre todo en la vida de las personas, ya que ingresa en los mercados de consumo y se vuelve en el facilitador de las tareas domésticas, de la vida cotidiana” (Castillo, N. y Pacheco H., 2018, p. 2).
Las Empresas envasadoras de agua mineral, no cuentan con empresas peruanas del sector metalmecánica especializadas en fabricación de máquinas llenadoras de botellas con sistema automático, y por consiguiente compran al extranjero máquinas en partes y piezas conforme a lo dispuesto por la SUNAT para realizar el montaje en sus instalaciones: “Por otro lado cabe señalar que las personas cada vez más exigentes en los productos que consumen y buscan que sean de alta calidad e inocuos” (Cunguia, D., 2016, p. 7).
Empresas embotelladoras de agua mineral de la región Piura y Tumbes, generalmente realizan el proceso de llenado de botellas de forma manual para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor, estas empresas para realizar el proceso de llenado de agua de forma automática a razón de 36 bpm, compran a ACASI Machinary Inc-Miami máquinas GI3300 desmontado en partes y piezas, que deberán realizar la migración del PLC Omron en lugar de reprogramarlo, diseñar el programa PLC, y reducir la longuitud de la boquilla de la válvula de reflujo para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
Por lo expuesto, surge la necesidad de migrar el PLC Omron por un PLC comercial para el control del proceso de llenado de 6 botellas estándar de 630 ml, diseñar el programa PLC con un nuevo tiempo de llenado, y reducir la longuitud de la boquilla de la válvula de reflujo para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
2
Por ello, se planificará y obtendrán documentos estandarizados de diseño del sistema de control electroneumático de la máquina GI3300 mediante reingeniería para diseñar el sistema neumático y sistema de control por relés, simulación simultánea de todas las conexiones del sistema de control electroneumático, y diseñar el sistema PLC: “Además la empresa no cuenta con manuales de usuario para la operación, el correcto mantenimiento de la planta y mediante la investigación se procederá a elaborar los procedimientos para el funcionamiento de la máquina” (Mendoza, J.,2018, p. 13).
1.2 Justificación e importancia de la investigación
1.2.1 Justificación
La investigación se realizará porque no existe documentación estandarizada de diseño del sistema de automatización de la máquina GI3300 que logre integrar cada componente en un diseño del sistema electroneumático y sistema PLC, simular todas las conexiones del sistema de control electroneumático, asi como lograr la migración del PLC, programa PLC, y la reducción de la longitud de la boquilla para aumentar la capacidad de agua que satisfaga al consumidor.
1.2.2 Importancia
La investigación se realizará para lograr una solución con un sistema de automatización y boquilla, que mejore la capacidad de agua, eficiencia energética (costo del aire comprimiedo), eficiencia general de los equipos (OEE), y reducir el impacto en el medio ambiente en las máquinas GI3300,
Así también la investigación es considerada como una producción de conocimiento obligatoria de la universidad, y según SUNEDU: “Constituye una función esencial y obligatoria de la universidad, que la fomenta y realiza, respondiendo a través de la producción de conocimiento y desarrollo de tecnologías a las necesidades de la sociedad, con especial énfasis en la realidad nacional”. (Superintendencia Nacional de Educación Superior Universitaria [SUNEDU], 2014, 09 de julio, p. 527219).
3 1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general
Diseñar el sistema de automatización de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI.
1.3.2 Objetivos específicos
1. Diseñar el sistema de control electroneumático de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI.
2. Diseñar el sistema PLC de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI.
3. Diseñar la boquilla mecánica de la máquina llenadora de botellas de desbordamiento de presión GI3300 de ACASI.
1.4 Delimitación de la investigación
1.4.1 Delimitación espacial No Aplica.
1.4.2 Delimitación temporal
Cuatro meses (junio a setiembre del 2020).
1.4.3 Delimitación social
Directivos y trabajadores de la empresa.
1.4.4 Delimitación conceptual
Automatización, máquina llenadora de agua de mesa.
4
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la investigación
Ortega (2013), realizó el estudio titulado “Diseño y Construcción de una Máquina para envasado de agua”, con el objetivo de diseñar y construir una máquina envasadora que cumpla con las necesidades de envasado a pequeña escala para pequeñas con poca capacidad económica para adquirir maquinaria industrial. Los resultados obtenidos después de realizar el estudio, demostraron que las características y capacidades de las máquinas que se deseen construir son muy extensas, lo que se debe tomar en cuenta es el tamaño de mercado, la cantidad de piezas por hora que se deseen producir, así como los recursos que se tengan disponibles. Recomendando: Construir máquinas con bajo nivel de producción, tomando en consideración las normas de diseño y construcción.
Cruz y Campoverde (2010), realizó el estudio titulado “Diseño e Implementación de una Máquina Flexible para Envasado de Líquidos”, con el objetivo de diseñar e implementar una máquina envasadora de líquidos, que permita solucionar problemas de productividad en la pequeña y mediana empresa. Los resultados obtenidos después de realizar el estudio, demostraron que el diseño de sistemas de cualquier índole, basados en PLC, resultan muy versátiles, prácticos y económicos, debido a la gran flexibilidad que proporciona al momento de programarlos, la cantidad de modelos que existen en el mercado, diversidad de funciones, variedad de medios de comunicación, memoria, interrupciones internas, externas y finalmente su costo. Recomendando: Informarse y asesorarse de los temas actuales de diseño y construcción.
Aguilar (2017), realizó la investigación “Automatización del sistema de llenado de bidones plásticos para el control de válvulas y de faja transportadora, para la mejora de precisión de la cantidad de bebida gasificada utilizada en la Embotelladora Oriental S.A.C.”, con el objetivo de mejorar la precisión de la cantidad de bebida gasificada utilizada, mediante la automatización del sistema de llenado de bidones plásticos para el control de válvulas y de faja transportadora en la Embotelladora Oriental S.A.C. Los resultados obtenidos después de realizar el estudio, demostraron que se concluye que a partir de la identificación de sensores y actuadores del sistema de llenado de bidones fue posible desarrollar el circuito de control de válvulas y faja de transportadora.
5
Recomendando: Implementar el sistema de automatización de llenado de bidones PET para el control de válvulas en la Embotelladora Oriental S.A.C.
Romero (2010), realizó el estudio titulado “Diseño de un sistema alineador de botellas de la inyecto sopladora de botellas PET”, con el objetivo de diseñar un sistema alineador de botellas automatizado para la inyecto sopladora de botellas de tereftalato de polietileno, para luego ser trasladado por un transportador neumático hasta la línea paletizado, a fin de mejorar la eficiencia del proceso de paletización de botellas. Los resultados obtenidos después de realizar el estudio, demostraron que con la instalación del sistema alineador de botellas se ha eliminado la necesidad de estar apilándolas una por una, optimizando así el tiempo requerido para la formación de pallets, reduciendo el número de operarios necesarios, de siete personas a cinco personas, lo que redujo su costo en mano de obra en 28%. Recomendando: Alinear las botellas, reducir los tiempo de mantenimiento y aumentar la eficiencia de la máquinas.
Mendoza (2018), realizó el estudio titulado “Diseño de un sistema de automatización para la línea de envasado de agua de mesa en bidones de 20 litros para la empresa Viza S.R.L.”, con el objetivo de diseñar un sistema de automatización para la línea de envasado de agua de mesa en bidones de 20 litros para la empresa Viza S.R.L. Los resultados obtenidos después de realizar este estudio, demostraron la comprobación del diseño electroneumático del sistema de automatización se ha realizado sobre el software FluidSIM, permitiendo el tratamiento y simulación de cualquier tecnología con el mismo programa, cuenta con todas las bibliotecas de accionamientos, sensores en la neumática, técnica de vacío, seguridad en sistemas neumáticos, hidráulica móvil, electrotécnica, electrónica, conexiones con contacto, que permiten el análisis e implementación y reducción de componentes para un óptimos y bajo costo de diseño del sistema.
Recomendando: Seleccionar el sensor óptico difuso en el sistema PlC que permita el llenado de los bidones y el aumento de la producción.
6 2.2 Bases teóricas
2.2.1 Generalidades de la máquina GI3300
La máquina GI3300 (Figura 2.1), está compuesta principalmente por piezas de contacto de acero inoxidable de AISI 304, un tanque de desbordamiento de acero inoxidable de 75.7082 litros (20 galones), una tapa de acero inoxidable para el tanque de rebose, un colector de alimentación de acero Inox-304 de 20 mangueras, eje calibradores de acero inoxidable endurecido con cojinetes lineales para un mayor suavidad y durabilidad del movimiento del portaboquillas, topes montados en el volante y eje para ajustar la altura y carrera de la boquilla de 0 a 10 pulgadas, bomba centrífuga de acero Inox-316 de 96 galones por minuto de 1 HP trifásica, y seis válvulas de reflujo de acero Inxo-304 para el llenado que las botellas.
El sistema de automatización esta compuesto principalmente por un PLC Omron con un programa protegido con contraseña, fuente de alimentación de 24 V DC / 2.5 A, y sensor de fibra óptica de Omron estándar para puerta de contenedores, cuyo kit de programación compuesto de cable y software de programación no se incluye con la máquina.
El sistema de control electroneumático esta compuesto principalmente por un filtro- regulador de aire y válvula de bloqueo de seguridad, cilindro de doble efecto de 10 pulgadas de carrera con sensores magnéticos y un cilindro de doble efecto de 10 pulgadas para el movimiento del portaboquillas hacia arriba y hacia abajo, y dos cilindros de doble efecto sin sensores de compuerta de botella de entrada y salida, y válvula de retención sanitaria de acero inoxidable 316L montada en la bomba.
7
Figura 2.1. Máquina llenadora GI3300 Fuente: Cortesia de la empresa ACASI
2.2.2 Generalidades del sistema de control electroneumático 2.2.2.1 Transición de señales eléctricas en señales neumáticas
Cuando se emplean mandos (interruptores y pulsadores) que utilizan el aire a presión y la electricidad como elementos de trabajo es necesario contar también con sistemas convertidores. Las válvulas electromagnéticas realizan la transición de las señales eléctricas en señales neumáticas.
Las válvulas electromagnéticas se componen de:
Una válvula neumática.
Una bobina que activa la válvula.
8
Figura 2.2. Transición de señales neumáticas en señales eléctricas Fuente: Fundamentos de electroneumática (FESTO, 2000)
2.2.2.2 Transición de señales neumáticas en señales eléctricas
El convertidor PE es accionado con aire a presión. Al alcanzar la presión un valor previamente determinado, se produce una señal eléctrica. La presión de la señal neumática actúa contra un muelle regulable. Cuando la presión que actúa sobre una membrana sobrepasa la fuerza elástica, una leva activa un contacto eléctrico de conmutación. El elemento eléctrico de maniobra puede ser un contacto de reposo, un contacto de trabajo o un contacto inversor.
9
Figura 2.3. Transición de señales eléctricas en señales enumáticas Fuente: Fundamentos de electroneumática (FESTO, 2000)
2.2.2.3 Símbolos gráficos de contacto y maniobra para válvulas
Normalmente, en los esquemas de conexiones las unidades neumáticas se representan en estado de reposo. Las posiciones de conmutación de las válvulas se representan como cuadrados.
El número de cuadrados corresponde al número de posiciones de conmutación. Las funciones y los efectos se dibujan en el interior de los cuadrados:
Las líneas indican el paso de flujo.
Las flechas indican el sentido de flujo.
Las conexiones bloqueadas se representan por medio de líneas colocadas en ángulo recto entre si.
Las tuberías de enlace se dibujan en la parte exterior de un cuadrado.
10
Figura 2.4. Símbolos gráficos de contaccto y maniobra para válvulas Fuente: Fundamentos de electroneumática (FESTO, 2000)
2.2.2.4 Posiciones de maniobra y designación de las conexiones de válvulas de vías Examinando las características enumeradas a continuación puede reducirse de qué tipo de válvula se trata:
Número de conexiones.
Número de posiciones de maniobra.
Número de las conexiones.
Para la numeración de las conexiones vale lo siguiente:
Conexión de alimentación : 1
Conexiones escape : 3, 5
Conexiones de utilización : 2, 4
11
2.2.3 Generalidades del sistema de automatización 2.2.3.1 Comparación de sistemas PLC y relés
Tabla 2.1
Comparación de sistema PLC Relés
Característica PLC Relé
Precio por función Bajo Bajo - Si el programa de relé
equivalente usa más de 10 relés
Tamaño físico Muy compacto Voluminoso
Velocidad de funcionamiento Rápido Lento
Inmunidad al ruido eléctrico Bueno Excelente
Construcción Fácil de programar Cableado - requiere mucho
tiempo
Instrucciones avanzadas Si No
Cambio de la secuencia de control Muy simple Muy difícil - requiere cambios al cableado
Mantenimiento Excelente
PLCs casi nunca fallan
Malos - Los relés requieren constante mantenimiento
Fuente: Sistema de programación y documentación GX Developer de MITSUBISHI ELECTRIC
La Tabla 2.1, muestra la comparación entre un PLC y un relé. Se determina que el PLC es excelente para controlar máquinas individuales, utilizando las salidas a relé del equipo. Con el trascurrir de los años cada vez, se fabrican más pequeños, más robustos y más eficientes.
2.2.3.2 PLC
A diferencia de los controladores convencionales como funciones determinadas por su cableado físico las funciones de los controladores lógicos programables o PLCs, se definen por un programa. Los PLCs también tienen que conectarse al exterior con cables, pero los contenidos de su memoria de programa se pueden cambiar en cualquier momento para adaptar sus programas a diferentes tareas de control.
Los datos de entrada de los PLCs, lo procesan y luego producen los resultados. Este proceso se realiza en tres etapas:
Una Etapa de Entrada.
Una etapa de procesamiento y,
Una etapa de salida.
12 2.2.3.3 Programación
A los PLCs fue necesario que se diera mantenimiento por técnicos y personal eléctrico. Para apoyar esto, se desarrolló el lenguaje de programación de lógica en escalera.
La documentación para los primeros programas PLC solo proporcionaban direccionamiento simple o comentario básicos, haciendo los programas grandes difíciles de seguir. Esto se ha mejorado enormemente con el desarrollo de paquetes de programación de PLC tales como GX Developer de Mitsubishi en Windows.
Hasta ahora no ha habido programación formal estándar para los PLCs. La introducción del IEC 61131-3 Estándar en 1998 proporciona un acercamiento más formal para codificación. Mitsibishi Electric ha desarrollado un paquete de programación, “GX- IEC Developer”. Esto permite a adoptar una codificación compatible a IEC61131-3.
2.2.3.4 Lenguajes de programación del PLC A. Esquema de Contactos
En su manual de sistema Controladores programables S7-1200, define esquema de contactos, mediante lo siguiente:
“KOP es un lenguaje de programación gráfico, similar a los esquemas de circuitos”.
(SIEMENS, 2019).
Para crear la lógica de operaciones complejas, es posible insertar ramas para los circuitos paralelos. Las ramas paralelas se abren hacia abajo o se conectan directamente a la barra de alimentación.
KOP ofrece instrucciones con cuadros para numerosas funciones, p. ej. Matemáticas, temporizadores, contadores y transferencia.
Tenga en cuenta las reglas siguientes al crear segmentos KOP:
Todo segmento KOP debe terminar con una bobinao. No termine un segmento con una instrucción de comparación ni de detección de flancos (ascendentes o descendentes)
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No se permite programar ramas que puedan ocasiones un flujo invertido de la corriente.
No se permite programar ramas que causen cortocircuitos
2.2.3.5 Procesamiento del programa
El PLC realiza sus tareas ejecutando un programa combinacional o secuencial que se desarrolla normalmente fuera del controlador y luego se transfieren a la memoria del programa del controlador. Antes que inicie la programación es útil tener un entendimiento básico de como los PLC’s procesan estos programas.
Un programa en el PLC consiste de una secuencia de instrucciones que controla las funciones del controlador. El PLC ejecuta estas instrucciones de control secuencial, o sea una después de otra. La secuencia del programa completo es cíclica, lo cual significa que se repite en un bucle continuo. El tiempo requerido para una repetición del programa se llama el tiempo o periodo del ciclo de programa.
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Figura 2.5. Procesamiento de la imagen de proceso Fuente: Norma IEC 1131, Parte 1
La Figura 2.5, representa el procesamiento de la imagen de proceso de entradas, y de la imagen de proceso de transferencia a salidas del PLC. A continuación se mencionan las etapas del procesamiento de la imagen de proceso:
A. Procesamiento de la imagen de proceso
El programa en el PLC no se ejecuta directamente en las entradas y las salidas, pero en una “imagen de proceso de las entradas y salidas”
15 B. Imagen del proceso de entrada
Al inicio de cada ciclo del programa, el sistema selecciona los estados de señal de las entradas y los almacena en un buffer, creando una “imagen de proceso” de las entradas.
C. Ejecución del Programa
Después se ejecuta este programa, durante el cual el PLC accede a los estados almacenados de las entradas en la imagen del proceso. Esto significa que cualquier cambio posterior en los estados de entrada no se registrará hasta el próximo ciclo del programa.
El programa se ejecuta desde arriba hacia abajo, en el orden en el cual las instrucciones se programaron. Los resultados de los pasos de programación individual se almacenan y se pueden usar durante el ciclo del programa actual.
Figura 2.6. Ejecución del programa Fuente: Norma IEC 1131, Parte 1
La Figura 2.6, representa la forma de ejecución del programa denominado “esquema de contactos”, también denominado “Ladder”, considerado un lenguaje internacional para la programación de los PLC.
16 D. Imagen del Proceso de Salida
Los resultados de las operaciones lógicas que son apropiados para las salidas se almacenan en buffer de salida. La imagen del proceso de salida. La imagen del proceso de salida se almacena en el búfer de salida hasta que se reescriba el buffer. Después que los valores se hayan escrito las salidas el ciclo del programa se repite.
2.2.3.6 Diferencias entre el procesamiento de señal en el PLC y en los controladores cableados
En controladores cableados el programa se define por los elementos funcionales y sus conexiones (el cableado). Todas las operaciones de control se realizan simultáneamente (ejecución paralela). Cada cambio en un estado de señal de entrada provoca un cambio instantáneo en el estado de señal de salida correspondiente.
En un PLC no es posible responder a cambios en estados de señal de entrada hasta que el próximo ciclo del programa después del cambio. En la actualidad esta desventaja es ampliamente compensada por períodos muy cortos del ciclo del programa. La duración del período del ciclo del programa depende del número y tipo de instrucciones ejecutadas.
2.3 Glosario de términos básicos
Agua: Líquido transparente, incoloro, inodoro e insípido en estado puro, cuyas moléculas están formadas por dos atamos de hidrógeno y uno de oxígeno, y que constituye el componente más abundante de la superficie terrestre y el mayoritario de todos los organismos vivo. Líquido que se obtiene por infusión, disolución o emulsión de flores, plantas o frutos, empleado como refresco o en medicina y perfumería (Real Academia Español [RAE], 2020, p. 1).
Agua de Mesa Embotellada: Agua no contaminada bacteriológicamente, que procede de una fuente natural ó perforada y contiene una determinada mineralización que puede inducir efectos favorables para la salud. Ayuda - entre otras cosas - a combatir la hipertensión arterial, los problemas renales, cardiacos y digestivos, las alteraciones asociadas a la retención de líquidos. Todos sabemos que el agua es esencial para la vida,
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debido a su influencia en las diversas funciones de nuestro organismo (Organización Mundial de la Salud [OMS], 2020, p. 1).
Agua envasada: El agua envasada es considerada como agua mineral en botella, y la Norma general para las aguas potables embotelladas/envasadas (distintas de las aguas minerales naturales) CODEX STAN 227 - 2001: “Aguas para consumo humano, que pueden contener minerales que se hallan presentes naturalmente o que se agregan intencionalmente; pueden contener dióxido de carbono por encontrarse naturalmente o se agrega intencionalmente, pero no azúcares, edulcorantes, aromatizantes u otras sustancias alimentarias” (Dirección General de Salud Ambiental e Inocuidad Alimentaria [DIGESA], 2001, p. 1).
Agua mineral: Procede del vocablo latino aqua, es el nombre de la sustancia que dispone de moléculas compuestas por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Se trata del principal componente de la superficie de nuestro planeta (Pérez, 2015).
Aspec: Institución sin fines de lucro, que busca defender los derechos de los consumidores y usuarios (Delgado, J., 2019).
Automatización: Conjunto de métodos y procedimientos para el reemplazo del operario en tareas físicas y mentales previamente programadas. De esta definición original se desprender la definición de la automatización como la aplicación de la automática al control de procesos industriales (Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas [RAC], 2020, p. 1).
Automatizar: Proceso de convertir ciertos movimientos en movimientos automáticos o liberados. Aplicar la automática a un proceso o a un dispositivo (Real Academia Española [RAE], 2020, p. 1).
Calidad: Cociente de dividir el número de botellas buenas entre el número de botellas productidas: “Propiedad o conjunto de propiedades inherentes a algo, que permiten juzgar su valor” (RAE, 2020, p. 1).
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La calidad, puede calcularse matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
Controlador: Controlador es considerado como un circuito eléctrico para la automatización de una máquina: “Programa que permite a una computadora manejar los componentes que tiene instalados” (RAE, 2020, p. 1).
Controlador lógico programable: El Controlador lógico programable es considerado como un circuito electrónico destinado para la automatización de una máquina, y en la Norma IEC 1131, Parte 1:
Sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones específicas tales como enlaces lógicos, secuenciación, temporización, recuento y cálculo, para controlar, a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos (Ingeniería de Sistemas y Automática de España [ISA], 2019).
Costo del aire comprimido: Resultado de multiplicar la Potencia del compresor con el número de horas de trabajo del compresor y el costo kWh.
El Costo del aire comprimido, puede calculará de acuerdo a la siguiente formula:
Desempeño: Cociente de dividir la producción real entre la producción teórica: “Acción y efecto de dedicarse a una actividad” (RAE, 2020, p. 1).
El Desempeño, puede calcularse matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
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Disponibilidad: Cociente de dividir el tiempo real de producción entre el tiempo disponible para producción: “Condición de disponible” (RAE, 2020, p. 1).
La disponibilidad, puede calcularse matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
Eficiencia energética: Embotellar es considerado como introducir un líquido en botellas, y en la norma internacional ISO 50001 de Sistemas de gestión de la energía - Requisitos con orientación para el uso: “Proporción u otra relación cuantitativa entre el resultado en términos de desempeño, de servicios, de bienes o de energía y la entrada de energía”
(Asociación Española de Normalización y Certificación [AENOR], 2018, p. 4).
Eficiencia general de los equipos: Resultado de multiplicar la disponibilidad con el desempeño y la calidad.
El OEE, puede calcularse matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
Embotellar: Embotellar es considerado como introducir un líquido en botellas, y la RAE:
“Meter el vino y otro líquido o producto en botellas” (Real Academia Española [RAE], 2020, p. 1).
Envasar: La RAE afirma lo siguiente: “Proceso de echar en vasos o vasijas un líquido.
Echar el trigo en los costales. Poner un género en su envase. Beber con Exceso. Introducir en un cuerpo de alguien la espada y otra punzante (Real Academia Española [RAE], 2020, P. 1).
Lógica Escalera: El Área de ingeniería de sistemas y automática de España (ISA, 2019) en la norma IEC 1131, Parte 1 afirma lo siguiente: “Lógica escalera se define como los símbolos de relés y de contacto que los técnicos acostumbraran usar a través de diagramas de cableado de paneles de control eléctricos”.
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LOGO!Soft Comfort: Software de programación de LOGO! que permite crear, comprobar, modificar, guardar e imprimir programas de manera rápida y fácilmente en una PC (Siemens, 2009, p. 55).
Máquina: Conjunto de componentes que conierten una energía en otra: “Máquina se define como el artificio para aprovechar, dirigir o regular la acción de una fuerza. Conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de energía y transformarla en otra más adecuada, o para producir un efecto determinado” (RAE, 2020, p. 1).
Máquina llenadora: La empresa EMPAC-México (2020) afirma lo siguiente:
Maquina llenadora se define como la máquina llenadora de productos semilíquidos y viscosos. Los envases vacíos se alimentan por medio de un transportador de cadena, y avanzan a la estación de llenado, donde se detienen mediante un freno neumático tipo compuerta, un sensor óptico cuenta la cantidad de envases vacíos, y llegando el conteo a 6, se detiene el transportador y comienza el ciclo de llenado mediante la utilización de 06 válvulas de llenado accionado por medio de un mando neumático, al terminar el ciclo de llenado, se arranca el transportador, se abre el freno y salen los envases llenos, para reemplazarse con 6 nuevos envases vacíos.
Migración: “Paso de los programas, archivos y datos de un distema desde una determinada plataforma tecnológica a otra diferente” (RAE, 2020, p. 1).
Proceso: “Proceso se define como la acción de ir hacia delante, Transcurso del tiempo.
Conjunto de las fases sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial”
(RAE, 2020, p. 1).
Reingeniería: Reestructuración de un proyecto, de una empresa o de una institución con el fin de mejorar sus resultados o sus beneficios (RAE, 2020, p. 1).
Sistema: Sistema se define como el conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente enlazados entre sí. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamente contribuyen un determinado objeto (RAE, 2020, p. 1).
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Válvula: La Real Academia Española (RAE, 20202) afirma lo siguiente: “Válvula se define como el mecanismo que regula el flujo de la comunicación entre dos partes de una máquina o sistema. Mecanismo que impide el retroceso de un fluido que circula por un conducto”. (p. 1).
2.4 Marco referencial
2.4.1 Marco legal
Tabla 2.2
Normatividad nacional de la calidad del agua para consumo humano
Tipo Código Título Publicación
D.S.
Decreto Supremo N°
004-2017
Aprueban Estándares de calidad ambiental (ECA) para agua y
establecen disposiciones complementarias 07/06/2017
D.S.
Decreto Supremo N°
908-2014- MINSA
Aprueban Directiva Sanitaria N° 058-MINSA/DIGESA-V.01 para la Formulación, aprobación y aplicación del Plan de control de calidad (PCC) por los proveedores de agua para consumo humano
24/11/2014
D.S.
Decreto Supremo N°
031-2010-SA
Apruébese el Reglamento de la Calidad del agua para consumo humano, que consta de diez títulos, ochenta y un artículos, doce disposiciones complementarias, transitorias y finales, y cinco anexos, cuyos textos forman parte integrante del presente decreto supremo. Reglamento de la Calidad del agua para consumo humano
26/09/2010
D.S.
Decreto Supremo N°
023-2009- MINAM
Aprueban disposiciones para la implementación de los
Estándares nacionales de calidad ambiental (ECA) para agua 21/12/2009
D.S: Decreto Supremo Elaboración propia.
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CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO
3.1 Enfoque y diseño
3.1.1 Enfoque
La investigación según el enfoque se considera cuantitativa porque logrará determinar el valor del costo del aire comprimido y la cantidad de eficiencia general de los equipos (OEE) de la máquina GI3300 de Acasi.
3.1.2 Diseño
La investigación según el enfoque cuantitativo se considera no experimental porque no se manipularán las variables del diseño del sistema de automatización de la máquilla GI3300 de Acasi.
3.1.3 Nivel
La investigación se considera descriptivo porque representa las características del proceso, cuyos datos se presentan en gráficos y/o tablas con una redacción precisa de las variables estudiadas.
3.1.4 Tipo
La investigación se considera aplicada porque utiliza la información de la ciencia para resolver un problema de la realidad que permite adquirir nuevos conocimientos tecnológicos dirigidos fundamentalmente hacia un objetivo práctico específico para aumentar la capacidad requerida de agua.
3.2 Sujetos de la investigación
Nuestra investigación estará enfocada a estudiar los diseños de los sistemas de automatización de las máquinas GI3300 que aumentan la capacidad de agua.
23 3.3 Métodos y procedimientos
3.3.1 Métodos
El método según el tipo de investigación se puede considera en primer lugar deductivo porque se procede de lo general a lo particular, cuya premisa general se puede considerar que todos los programas en los PLC son basados en los sistemas de control por relés, y como premisa particular se puede considerar que el esquema de contactos es un programa para los PLC, se concluye que el esquema de contactos son basados en los sistemas de control por relés.
3.3.2 Procedimientos
Tabla 3.1
Procedimiento del método hipotético-deductivo
Paso Descripción
1 Observación del diseño del sistema de automatización de la máquina GI3300 2 Creación de una hipótesis para explicar dicho diseño del sistema de automatizción.
3 Deducción de consecuencias o proposiciones más elementales de la propia hipótesis
4 Verificación o comprobación de la verdad de los enunciados deductivos comparándolos con la experiencia
Fuente: Elaboración basado en la combinación de la reflexión racional con la observación La tabla 3.1, muestra los pasos para el desarrollo de la investigación científica, en cumplimiento de los objetivos específicos.
3.4 Técnicas e instrumentos
Tabla 3.2
Instrumentos y técnicas
Sistema de automatización Producción Instrumento
Guía de observación para indicador del costo de aire comprimido (Anexo 2.1)
Guía de observación para indicador de OEE (Eficiencia general de los equipos) (Anexo 2.2)
Técnica Observación Observación
Elaboración Propia
La Tabla 3.2, muestra los instrumentos y las técnicas para la recolección de información.
24 3.5 Aspectos éticos
El comité de integridad Científica (CIC) establecido por el CONCYTEC a nivel nacional, es responsable de la evaluación y calificación de las conductas que contravengan lo regulado en el código y propone la sanción respectiva, cuyo código nacional de la integridad científica del Concytec: “La integridad científica es el resultado de la adhesión a valores y buenas prácticas para conducir y aplicar los resultados del quehacer científico”.
(Consejo Nacional de la Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica [CONCYTEC], 2020, p.5).
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CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 Resultados
4.1.1 Sistema de control electroneumático
Tabla 4.1
Procedimiento de diseño del sistema de control electroneumático
Paso Acción
1 Registrar el proceso de llenado sin PLC 2 Diseñar el esquema de circuitos neumático 3 Diseñar el esquema de circuitos eléctricos Elaboración propia
La Tabla 4.1, muestra el procedimiento de diseño del sistema de control electroneumático.
Los resultados obtenidos en el diseño del sistema de control electroneumáticode la máquina GI3300 se presentan en gráficos y/o tablas de manera descriptiva a continuación:
Tabla 4.2
Registro del proceso de llenado sin PLC
Paso Descripción
1 El cilindro A y B avanza hasta que conmute el sensor S4 para subir el portaboquillas.
2 El motorreductor de banda transportadora se enciende.
3 El sensor realiza el conteo de 6 botellas.
4 El cilindro C avanza y el motorreductor se apaga
5 El cilindro A y B retrocede hasta que conmute el sensor S3 para bajar el portaboquillas, y el cilindro B avanza.
6 La bomba de llenado se enciende durante 4 segundos.
7 El cilindro A y B avanza hasta que conmute el sensor S4 para subir el portaboquillas.
8 El cilindro C retrocede y el motorreductor se enciende por 4 segundos 9 El cilindro B retrocede después de 1 segundo.
10 El sensor realiza el conteo de 6 botellas.
11 Se inicia el ciclo desde el paso 4.
Elaboración propia
La Tabla 4.2, muestra el registro de pasos en secuencias de movimiento que logra el diseño del esquema de circuitos neumático y esquema de circuitos eléctricos para la máquina GI3300.
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Figura 4.1. Esquema de circuitos neumático Elaboración propia
La Figura 4.1, muestra el esquema de circuitos neumático que logra el diseño del sistema neumático para la máquina GI3300.
Figura 4.2. Esquema de circuitos eléctrico Elaboración propia
La Figura 4.2, muestra el esquema de circuitos eléctricos que logra el diseño del sistema de control por relés para la máquina GI3300.
27 4.1.2 Sistema PLC
4.1.2.1 Sistema PLC
Tabla 4.3
Procedimiento de diseño del sistema PLC
Paso Acción
1 Identificar el número máximo de entradas y salidas 2 Identificar el número máximo de módulos conectados 3 Determinar el consumo de corriente de los módulos 4 Seleccionar la fuente de alimentación
5 Diseñar el esquema tecnológico del sistema PLC Elaboración propia
La Tabla 4.3, muestra el procedimiento de diseño del sistema PLC. Los resultados obtenidos en el diseño del sistema PLC de la máquina GI3300 se presentan en gráficos y/o tablas de manera descriptiva a continuación:
Tabla 4.4
Registro de entradas/salidas del PLC
IO Descripción
I1 Interruptor con enclavamiento por OPERACIÒN AUTOMÁTICO I2 Sensor de proximid óptico CONTADOR DE BOTELLAS I3 Detector de proximidad electrónico POSICIÓN NIVEL BAJO I4 Detector de proximidad electrónico POSICIÓN NIVEL ALTO Q1 Accionar la válvula Nº 1 con el electroimán
Q2 Accionar la válvula Nº 2 con el electroimán Q3 Accionar la válvula Nº 3 con el electroimán Q4 Accionar la válvula Nº 4 con el electroimán Q5 Abrir contactor Nº 1 de Motor
Q6 Abrir contactor Nº 2 de Bomba
Elaboración propia
La Tabla 4.4, muestra el registro de asignación de entradas y salidas del PLC que permite identificar el número máximo de entradas y salidas, cuyo número máximo de entradas es de 4, y el número máximo de salidas es de 6.
Tabla 4.5
Registro de módulos conectados de 24VDC
Unidad base Unidad de extensión
Módulo LOGO! 12/24RCE LOGO! DM8 12/24R
Entradas 4 DIG + 4 (0-10V) 4 DIG
Saludas 4 RELÉ (10A) 4 RELÉ (5A)
Elaboración propia
28
La Tabla 4.5, muestra el registro de módulos conectados de 24VDC de la familia LOGO que permite identificar el número máximo de módulos conectados para 4 entradas y 6 salidas digitales, cuyo número máximo de modulo conectados de la familia LOGO es de 2.
Tabla 4.6
Registro de consumo de corriente de los componentes
Unidad base y extensión Dispositivos de entrada y salida Componente LOGO! 12/24RCE LOGO! DM8 12/24R Sensores (x3) Solenoides (x4)
Corriente 0.090A 0.050 A 0.3 A 0.3 A
Elaboración propia
La Tabla 4.6, muestra el registro de consumo de corriente de los componentes para determinar la corriente de la fuente de poder, cuya corriente de consumo total es de 0.74 A.
Tabla 4.7
Registro de intensidad de fuentes de alimentación de 24VDC
FA LOGO 1.3A FA LOGO 2.5A FA LOGO 4A
Tensión de salida 24 VDC 24 VDC 24 VDC
Intensidad nominal 1.3 A 2.5 A 4 A
Elaboración propia
La Tabla 4.7, muestra la intensidad nominal de las fuentes de alimentación de 24VDC de la familia LOGO, cuya corriente de la fuente de alimentación a integrar es de 2.5A.
Figura 4.3. Diseño del sistema PLC Fuente: Elaboración propia
29
La Figura 4.3, muestra el diseño del sistema PLC (esquema tecnológico de cableado del PLC) que lograr integrar cada componente en un diseño del sistema de automatización, cuyo diseño represente las conexiones entre el PLC y el módulo de ampliación de 4I/4O, y los 4 dispositivos de entrada y 6 disposnitivos de salida de las máquinas GI3300.
Tabla 4.8
Comparación entre sistemas
Relés Sistema PLC
Omron
Sistema de control por relés
Sistema PLC LOGO
Relé sencillo 6 4 6
Relé de válvula
solenoide 4
Relé con retardo a la
conexión 0 3 0
Relé con retardo a la
desconexión 0 0 0
Relé contadore 0 1 0
Elaboración propia
La Tabla 4.8, muestra la comparación entre los distintos sistemas de control para la máquina GI3300, cuyo número total de relés del sistema de control por relés es de 12 unidades, y para el sistema PLC es de 6 unidades.
4.1.2.2 GI3300ACASI Tabla 4.9
Procedimiento de diseño del programa PLC
Paso Acción
1 Identificar las especificaciones técnicas 2 Registrar el proceso de llenado de la máquina
3 Sustituir el esquema de circuitos eléctricos a esquema de contactos 4 Comprobar el programa
Elaboración propia
La Tabla 4.9, muestra el procedimiento de diseño del programa PLC denominado GI3300ACASI. Los resultados obtenidos en el diseño del programa PLC de la máquina GI3300 se presentan en gráficos y/o tablas de manera descriptiva a continuación:
GI3300ACASI es un programa el cual tiene las siguientes especificaciones:
Usa la entrada I1 para que la salida Q5 se active.
Usa la entrada I2 para dar pulsos de entrada al contador.
Usa la entrada I3 para que la salida Q6 se active.
Usa la entrada I4 para que la salida Q3 se desactive.
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Después de 6 pulsos de entrada la salida Q3 se activará.
Resetear el contador permitirá que se repita el conteo.
Tabla 4.10
Registro del proceso de llenado con PLC
Paso Descripción
1 Activación del relé Q1 y Q4 hasta que conmute la entrada I4 para subir el portaboquillas.
2 Activación del relé Q5 para encendor motorreductor de 1 HP 3 El sensor óptico I2 realiza el conteo de 6 botellas
4 Activación del relé Q3 para retener 6 botellas y desactivación del rele Q5.
5 Desactivación del relé Q1 y Q4 hasta que conmute la entrada I3 para bajar el portaboquillas, y Activación del relé Q2 par reterner botellas
6 Activación del relé Q6 para encender bomba de 1 HP por 4 segundos
7 Activación del relé Q1 y Q4 hasta que conmute la entrada I4 para subir el portaboquillas.
8 Desactivación del relé Q3 y Activación del relé Q5 9 Desactivación del relé Q2
10 El sensor óptico conectado a I2 realiza el conteo de 6 botellas 11 Se inicia el ciclo desde el paso 4
Elaboración propia
La Figura 4.10, muestra el registro del estado de las salidas del PLC mostrado en el display del PLC para la verificación del programa PLC.
Tabla 4.11
Sustitución del sistema de circuitos eléctricos a esquema de contactos
Paso Acción
1
Crear el esquema de circuitos eléctricos utilizando el software FluidSIM de Festo
