control automatico de la fabricaci´ on de leche de soya´
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Control Automatico de la Fabricacion de Leche de Soya
Cristian Leider Baldovino Reyes1, Camila Andrea Garcıa Navas2, Santiago Giraldo Velasquez3
Daniel Mauricio Mejıa Getial4, Ana Marıa Olarte Fernandez5, Marıa Camila Quintero Quintana 6
1clbaldovir@eafit.edu.co,2cagarcian@eafit.edu.co,3sgiral53@eafit.edu.co,4dmmejiag@eafit.edu.co5amolartef@eafit.edu.co,6mcquinterq@eafit.edu.co
I. INTRODUCCION
Comercializamos productos alimenticios de origen vegetal
como leches, quesos y diversas fuentes de proteına que
representan alternativas para las personas vegetarianas y
veganas. Nuestro producto estrella es la leche de soya.
La soya es clasificada y limpiada para eliminar piedras y
semillas danadas y deformadas. Luego, la soya seca se lava
y se remoja en agua. Posteriormente se enjuaga y blanquea
en una solucion de bicarbonato de sodio. A continuacion se
lava, se descascara manualmente y se enjuaga para molerla
en una licuadora. La leche obtenida se formula mediante la
adicion de antioxidantes y conservantes, se pasteuriza para
finalmente culminar con el envasado y almacenaje.
La poblacion vegetariana, vegana y las personas que
prefieren una alimentacion saludable y mas sostenible,
estan creciendo paulatinamente en el paıs y en todo el
mundo. Dadas las proyecciones de incremento poblacional
a nivel mundial, es necesario buscar alternativas que
permitan alimentar a la creciente poblacion, estimada
aproximadamente en 10.000 millones de personas para el
2050.Es decir, que el nuestro es un mercado creciente con
una alta demanda; a pesar de que en Colombia no hay
cifras exactas de los vegetarianos y/o veganos que hay en
el paıs, el crecimiento de esta poblacion se evidencia en el
incremento de restaurantes, productores y emprendimientos
en general, que buscan satisfacer un publico que hasta los
ultimos anos no habıa sido un foco del mercado como lo es
ahora. Por otro lado, a nivel mundial se estiman alrededor
de 600 millones de vegetarianos y segun la revista dinero
el mercado mundial de productos veganos y vegetarianos
en el 2016 tuvo un valor de US$ 51.000 millones, mientras
que en 2017 las ventas mundiales de alimentos saludables
llegaron a US$ 1 billon[4].
Debido a la demanda creciente de leche de soya en los
ultimos anos, en varias ocasiones nos hemos enfrentado a
situaciones en las que no la podemos suplir completamente,
esto se debe a que nuestro proceso productivo es arcaico y
tradicional, dependiendo casi totalmente de la mano de obra
generando ası altos costos, es por esto que consideramos
que es momento de automatizar el proceso, de manera que
nos permita suplir la demanda, reducir costos e incluso
ampliar el mercado.
Objetivo general
Automatizar el proceso de produccion de la leche de
soya, con el fin de reducir costos y alcanzar una mayor
productividad.
Objetivos especıficos:
• Corregir y evitar errores humanos que afectan la
rentabilidad y eficiencia del proceso de produccion.
• Monitorear estrictamente las variables mas importantes
con el fin de garantizar la calidad de nuestro producto.
• Automatizar distintas etapas del proceso de produccion
de manera que sea mas eficiente y rentable.
Nuestro objetivo es automatizar el proceso completo,
empleando maquinas que mediante sensores, verifiquen las
caracterısticas de lo que se esta procesando, y mediante
actuadores lleven a cabo las acciones necesarias para
garantizar dichas caracterısticas y corregir errores si es
necesario. La causa principal de nuestra decision de
automatizar el proceso es incrementar la rentabilidad y
las ventas de nuestro principal producto: la leche de soya.
Algunos procesos como el lavado y remojo, coccion,
saborizacion, filtrado y homogeneizacion de la leche de
soya son de vital importancia ya que proporcionan a la
leche de soya sus principales caracterısticas; automatizando
el proceso se puede garantizar a nuestros consumidores un
producto de gran sabor y alta calidad con uniformidad en
sus propiedades en los distintos lotes de produccion y a un
precio asequible.
Nuestro proceso se ha venido desarrollando de manera
arcaica y con una gran dependencia de las decisiones
humanas y de la mano de obra involucrada, lo que
conllevaba a perdidas economicas directas cuando, a
causa de errores humanos, algun lote no cumple con las
caracterısticas mınimas y debe ser desechado o en lotes
que, si bien cumplen con las condiciones mınimas para
ser comercializados, tienen variaciones en el sabor o la
textura de la leche, ocasionando perdida de la fidelidad
de nuestros clientes. Automatizando el proceso se podran
evitar los errores humanos que conducen a las situaciones
previamente descritas, lo que nos permitira disminuir
las perdidas, incrementar la productividad y garantizar
la calidad de nuestro producto, ampliando el mercado y
fidelizando clientes.
A continuacion, se describira el proceso de produccion
de leche de soya una vez automatizado, describiendo cada
etapa de dicho proceso y describiendo ademas la tecnologıa,
instrumentacion y elementos de control que se emplearan
para su automatizacion.
II. DESCRIPCION DEL PROCESO
A. Descripcion proceso productivo
La produccion de leche de soya cuenta varios subprocesos.
Inicia con la alimentacion de la soya limpia, se continua
con el remojo y lavado del grano durante 12 horas en
donde se adiciona bicarbonato de sodio al 1.25 por ciento
durante 30 minutos para la remocion de la cascara, luego
es molida y separada, con el fin de obtener la leche y la
pulpa por separado, esta ultima es transportada hacia la lınea
de produccion de tofu para su aprovechamiento. La leche
obtenida pasa por un proceso de coccion para luego ser
almacenada temporalmente y dar inicio con la disolucion
de azucar y condimentacion, en donde se regulan los grados
brix. El siguiente paso es la filtracion y homogeneizacion de
la leche, allı se eliminan las partıculas de azucar y se equi-
libra la concentracion. Finalmente, la leche es pasteurizada
y envasada en cajas Tetrapak.
B. Descripcion de los subprocesos
Fig. 1: Diagrama de bloques produccion de leche de soya
1) Alimentacion manual de soya al tanque de almace-
namiento: Un operario alimentara la soya seca, previ-
amente escogida y limpia de impurezas como piedras,
trozos de la planta, otros granos, entre otras. Este
tanque da paso inicial al proceso automatizado me-
diante la maquina de transferencia que lleva la soya
hasta la siguiente etapa del proceso.
2) Lavado y remojo de soya: La soya se lava y se remoja
con bicarbonato de sodio, con el fin de facilitar la
remocion de la cascara, una vez pelada y rehidratada
la soya, pasa a la siguiente etapa del proceso. Es
importante destacar que un tiempo de remojo excesivo,
afectara el sabor final de la leche de soya, por lo que
la automatizacion de este proceso es fundamental para
garantizar las caracterısticas del producto final. Luego
de esta etapa, la soya es transportada por la maquina
de succion de soya que permite el transporte de la soya
sin que esta se contamine.
3) Molienda y separacion: En primera instancia, la soya
se muele y se separan la leche y la pulpa, la leche al ser
nuestro producto de interes se mantiene en el proceso,
la pulpa, por otro lado, se transfiere al proceso de
produccion de tofu mediante la maquina de extraccion
de okara.
4) Coccion: La leche de soya cruda que se tiene en este
momento pasa por un proceso de coccion que le brinda
algunas de sus propiedades finales, el equipo cuenta
con sensores de temperatura y presion que permiten
monitorear el proceso, garantizando que la leche que
se obtiene en esta etapa tenga las caracterısticas re-
queridas para continuar con el proceso.
5) Almacenamiento: posterior al proceso de coccion, la
soya es almacenada de manera temporal con el fin de
controlar el flujo de soya que ingresa a la siguiente
etapa del proceso.
6) Saborizacion: Este proceso consiste en la adicion de
azucar y condimentos a la leche de soya precocida
con el fin de realzar su sabor de acuerdo con los
requerimientos del cliente. Este proceso se da en dos
etapas: La primera es la adicion de azucar, en la
cual se emplea un equipo que procesa previamente el
azucar con el fin de garantizar la solubilidad de esta
en la leche y la uniformidad del sabor. La segunda
etapa es la condimentacion, en la que se agregan
saborizantes permitiendo obtener leche de soya de
diferentes sabores, el equipo empleado para esto cuenta
con un sensor que me permite conocer los grados brix
de la leche que se esta procesando, este sensor me
permite monitorear y garantizar que el producto final
va a cumplir con las caracterısticas requeridas. Los
grados brix requeridos son de 6.5 grados con un Ph
de 6.9[3].
7) Filtrado: Haciendo uso del equipo de filtro doble, se
eliminan principalmente los residuos de la expansion
de la pulpa hervida y las partıculas de azucar de suero
demasiado grandes, ademas de otras impurezas.
8) Homogeneizacion: llevando a cabo este proceso, us-
ando el homogeneizador de leche de soja de alta
presion, se evita la sedimentacion de la leche, se
suaviza su sabor y textura, adicionalmente, reduce el
tamano de las partıculas para que su absorcion en el
proceso digestivo sea mas eficiente.
9) Pasteurizacion: En un intercambiador de calor de pla-
cas se lleva a cabo la pasteurizacion y el enfriamiento
a alta velocidad de la leche de soya, haciendola pasar
por las placas del intercambiador de calor las cuales me
permiten cambiar la temperatura de la leche con una
alta velocidad y conservando sus nutrientes y dejandola
lista para su envasado.
10) Envasado, sellado y etiquetado: En este proceso se
emplean dos equipos, primero el equipo de llenado y
sellado de las cajas de Tetrapak, y luego el equipo de
etiquetado de botellas, que lleva a cabo la impresion
de etiquetas y/o impresion directamente en las cajas.
La disposicion de la maquinaria en la empresa se planteo
con el fin de facilitar la secuencialidad del proceso y simpli-
ficar el transporte de materia de un equipo a otro, se planteo
como una cadena que sigue la secuencia de las maquinas
empleadas en cada paso del proceso productivo, dicha cadena
esta dispuesta alrededor de un salon, lo que permitira la
intervencion en alguna de las maquinas de ser necesario, el
facil acceso a estas y el facil desplazamiento de una maquina
a otra. La distribucion de las maquinas se presentan en el
siguiente diagrama:
Fig. 2: Layout de la empresa
En la Figura3 se ilustra el proceso productivo de la leche
de soya a traves de cada maquina.
Fig. 3: Proceso productivo leche de soya
III. INSTRUMENTACION
El diagrama SCADA que representa la disposicion de
las maquinas en la empresa, con sus respectivos sensores
y actuadores se presenta en el sistema de carpetas adjunto
al informe, especıficamente en la carpeta denominada
”implementacion” que se encuentra dentro de la carpeta
comprimida ”leche-soya”, ya que debido a su extension no
es posible tener una buena visualizacion de este.
Para la automatizacion del proceso de leche de soya se
utilizaran sensores y actuadores encargados de controlar cada
uno de los subprocesos, la cantidad utilizada de estos esta
representada en la Figura 4.
En las siguientes tablas (desde TABLE I hasta TABLE
X) se presenta cada uno de los sensores y actuadores
por cada PLC utilizado en el proceso con su respectiva
entrada y salida. Se tiene en cuenta que * hace referencia
a Senal continua y **ADC para las tablas pertenecientes
a los sensores, y **DAC para las tablas pertenecientes a
los actuadores, esto se hace con el fin de identificar que
sensores y actuadores requieren de sistemas de adquisicion.
Igualmente DatoP hace referencia al dato de entrada de la
Fig. 4: Diagrama de flujo con los sensores y actuadores
presion, DatoT al de temperatura, DatoPh al de Ph y DatoG
al de Grados brix. El anexo hace referencia al PLC trabajado,
del cual se presenta sus caracterısticas en su correspondiente
numeracion de dicha seccion ANEXOS.
TABLE I: Tabla de sensores PLC1
Sensores Variable PLC Entrada Anexodispositivo
Mecanico StartPLC 1 X000 A.1Mecanico StopPLC 1 X001 A.1
Nivel Nmin2 1 X002 A.1Nivel Nmin3 1 X003 A.1Nivel Nmax3 1 X004 A.1
*/**Temperatura DatoT 1 D8280 A.1Nivel Nmin4 1 X006 A.1Nivel Nmax4 1 X007 A.1
TABLE II: Tabla de sensores PLC2
Sensores Variable PLC Entrada Anexodispositivo
Mecanico StartPLC2 2 X000 A.2Mecanico StopPLC2 2 X001 A.2
Nivel Nmin5 2 X002 A.2Nivel Nmax5 2 X003 A.2
*/**Presion DatoP 2 D8281 A.2Nivel Nmax6 2 X004 A.2Nivel Nmin6 2 X005 A.2
*/**Temperatura DatoT 2 D8280 A.2*/**Presion DatoP 2 8282 A.2
Nivel Nmin7 2 X006 A.2Nivel Nmax7 2 X007 A.2
Se eligieron 4 unidades de PLCFX3G Main Units with 24
I/O, tipo FX3G-24MR/DS para el PLC2-PLC3-PLC4-PLC5
debido al numero de entradas y salidas que posee, 14 y
10 respectivamente. Se agruparon equipos continuos en un
solo PLC, ya que sus entradas y salidas se acomodaban a
este, ademas de que de esta forma se optimizaba el uso y
la cantidad de estos y las funciones que cumplen ambos
equipos estan muy ligadas entre sı. Se eligio tambien 1
unidad de FX3G Main Units with 14 I/O tipo FX3G-
24MR/DS para el PLC1, ya que este cuenta con 8 entradas
y 6 salidas, utilizadas de igual forma que el PLC anterior, en
equipos conjuntos y con las mismas razones, diferenciado
en que los equipos con funcion conjunta poseen un mayor
TABLE III: Tabla de sensores PLC3
Sensores Variable PLC Entrada Anexodispositivo
Mecanico StartPLC3 3 X000 A.2Mecanico StopPLC3 3 X001 A.2
Nivel Nmin8 3 X002 A.2Nivel Nmax8 3 X003 A.2
**/*pH DatoPh 3 D8280 A.2**/**GradosBrix DatoG 3 D8281 A.2
Nivel Nmin9 3 X004 A.2Nivel Nmax9 3 X005 A.2
TABLE IV: Tabla de sensores PLC 4
Sensores Variable PLC Entrada Anexodispositivo
Mecanico StartPLC4 4 X000 A.2Mecanico StopPLC4 4 X001 A.2
Nivel Nmin10 4 X002 A.2Nivel Nmax10 4 X003 A.2
**/*Presion DatoP 4 D8280 A.2Nivel Nmin11 4 X004 A.2Nivel Nmax11 4 X005 A.2
**/*Temperatura DatoT 4 D8281 A.2
numero tanto de entradas como de salidas.
En las Figura 5 y Figura 6, se representa de manera consisa
la cantidad de actuadores y sensores utilizados, ası como la
cantidad de sensores y sus pertenecientes maquinas en la
Figura 7.
Fig. 5: Cantidad, senal y tipos de actuadores
IV. PROTOCOLO
A continuacion, se presenta el protocolo de
funcionamiento de los PLCS asociados a las maquinas
que intervienen cada uno. Para iniciar el proceso de
produccion se requerira que un operario alimente la soya
seca, previamente escogida de impurezas como piedras,
trozos de planta, otros granos, entre otras. Posterior a este se
ubicara en el inicio de la operacion de la produccion de soya.
TABLE V: Tabla de sensores PLC 5
Sensores Variable PLC Entrada Anexodispositivo
Mecanico StartPLC5 5 X000 A.2Mecanico StopPLC5 5 X001 A.2
Nivel Sllenado 5 X002 A.2Posicion Sensor1 5 X003 A.2Posicion Sensor2 5 X004 A.2Posicion Sensor3 5 X005 A.2
Nivel Nmin13 5 X006 A.2Nivel Nmax13 5 X007 A.2
**/*Temperatura DatoT 5 D8280 A.2**/*Presion DatoP 5 D8280 A.2
TABLE VI: Tabla de actuadores PLC1
Actuadores Variable PLC Salida Anexodispositivo
Bomba Motor Bomba 1 Y000 A.1Compuerta Compuerta 1 Y001 A.1
*/**Valvulavapor V vapor3 1 Y002 A.1Valvulaagua V H2O3 1 Y003 A.1
MolinoMartillos Martillos 1 Y004 A.1Agitador Agitador4 1 Y005 A.1
El PLC 1 es el encargado de controlar y monitorear las
maquinas 2, 3, y 4. En la Figura 8, se puede apreciar su
respectiva caja negra.
1) Con el boton START se le dara inicio al fun-
cionamiento de las tres maquinas, y del mismo modo,
en caso de requerir que el proceso se detenga de forma
inmediata se podra oprimir el boton STOP, el cual
parara el proceso de las maquinas en operacion.
2) Una vez oprimido el boton START la valvula1 se
abrira y permitira el paso de la soya a un tanque de
succion. Este cuenta con un sensor de Nmin2 el cual
se encargan de que la bomba de succion tenga material
y no se dane al dejar ingresar aire.
3) Una vez este se encuentra con el nivel maximo se abre
la compuerta y se encendido la bomba de succion, la
cual empezara a operar trasfiriendo la soya del tanque
de succion a el equipo de lavado y remojo.
4) Una vez toda la soya haya pasado al equipo 3 se
comienza a suministrar agua abriendo la valvula 3
hasta que se reporte el Nmax3, simultaneamente se
comienza el calentamiento de la misma permitiendo el
paso del vapor de agua al equipo 3. En este proceso
la soya se lava y se remoja con el fin de facilitar la
remocion de la cascara, una vez pelada y rehidratada
la soya, pasa a la siguiente etapa del proceso. Es
importante destacar que un tiempo de remojo excesivo,
afectara el sabor final de la leche de soya, por lo que
la automatizacion de este proceso es fundamental para
garantizar las caracterısticas del producto final.
5) Para monitorizar la temperatura de coccion el PLC
cuenta con un TERMOMETRO donde indica la tem-
peratura a la cual esta operando el proceso, si esta
temperatura alcanza los 40C se debe oprimir de forma
inmediata el boton STOP. Una vez se habilita la valvula
TABLE VII: Tabla de actuadores PLC2
Actuadores Variable PLC Salida Anexodispositivo
Bomba Bomba5 2 Y000 A.2Valvulaescape Valvula Escape5 2 Y001 A.2
Compuerta Tapa 2 Y002 A.2Neumatica neumatica
Valvulavapor V vapor6 2 Y003 A.2Valvulaentrada Valvula in6 2 Y004 A.2Valvulasalida Valvula out6 2 Y005 A.2
Valvulaentrada Valvula in7 2 Y006 A.2Valvulasalida Valvula out7 2 Y007 A.2
TABLE VIII: Tabla de actuadores PLC 3
Actuadores Variable PLC Salida Anexodispositivo
*/**Valvula Valvula azucar 3 Y000 A.2*/**Valvulade Valvula Condimento 3 Y001 A.2Condimento
Agitador Agitador8 3 Y002 A.2Valvulaentrada Valvula in8 3 Y003 A.2Valvulasalida Valvula out8 3 Y004 A.2
Valvulaentrada Valvula in9 3 Y005 A.2Valvulasalida Valvula out9 3 Y006 A.2
Compuerta Compuerta 3 Y007 A.2
de salida del equipo de lavado y remojo, se enciende
la bomba que impulsara la soya hasta la siguiente
maquina, los martillos de molienda y la valvula rotativa
del equipo de molienda.
6) La bomba se apagara nuevamente cuando el Nmin3
se desactive. Una vez la soya pasa por este proceso
se filtra donde se separan la leche y la pulpa, la
leche al ser nuestro producto de interes se mantiene
en el proceso almacenandola en un tanque del mismo
proceso de filtracion, una vez este tanque reporte una
Nmax3 el operario debera oprimir el boton STOP y
detener el proceso.
7) La pulpa, por otro lado, se transfiere al proceso de
produccion de tofu mediante la intervencion de un
operario. Cuando el Nmin4 del PLC se apague el
operario oprimira el boton STOP y la primera etapa
del proceso produccion de leche de soya.
El PLC2 va a controlar las maquinas 5 (transporte de
pulpa), 6 (coccion de leche) y 7 (almacenamiento temporal
de leche) de nuestro proceso, en general este PLC cuenta
con once entradas, las cuales son: el boton Start y Stop del
PLC, los sensores de nivel maximo y nivel mınimo para las
maquinas 5, 6 y 7, el sensor de presion de las maquinas 5 y
6 y el sensor termico de la maquina 6. Por otro lado, posee
nueve salidas, estas son: las bombas de las maquinas 5 y
6, las valvulas de la maquina 5, las valvulas de la maquina
6 (entrada, salida y vapor), y las valvulas de la maquina
7 (entrada y salida). En la Figura 9, se puede apreciar su
respectiva caja negra.
1) El PLC2 inicia su funcionamiento una vez es presion-
ado el boton Start.
2) Se inicia la maquina 5 (transporte de pulpa) con la
recepcion de la pulpa descargada por la maquina 4
(maquina de molienda y separacion), la maquina 5
TABLE IX: Tabla de actuadores PLC 4
Actuadores Variable PLC Salida Anexodispositivo
Bomba Bomba10 4 Y000 A.2Valvulaentrada Valvula in10 4 Y001 A.2Valvulasalida Valvula out10 4 Y002 A.2
Valvula Valvulaescape10 4 Y003 A.2EscapeValvula ValvulaH2O in 4 Y004 A.2Valvula ValvulaH2O out 4 Y005 A.2Valvula Valvula in11 4 Y006 A.2Valvula Valvula out11 4 Y007 A.2
TABLE X: Tabla de actuadores PLC 5
Actuadores Variable PLC Salida Anexodispositivo
Valvula Valvula llenado 5 Y000 A.2Transporte Banda 5 Y001 A.2Sellador Tapador 5 Y002 A.2Valvula Valvula13 5 Y003 A.2
**/*Resistencia Resistencia 5 Y004 A.2
recibe la pulpa hasta que se activa el sensor de nivel
maximo indicando que la maquina se encuentra llena.
3) Una vez la maquina se encuentra llena, se procede al
bombeo para la extraccion de la pulpa hacia el proceso
de produccion de tofu, el cual no nos corresponde
en este caso. Durante esta parte se esta monitoreando
constantemente la presion al interior de la maquina
mediante el sensor de presion y de ser necesario se
abrira la valvula de escape, con el fin de regular la
presion.
4) Una vez extraıda la pulpa, queda unicamente la leche
de soya cruda, la cual ingresa a la maquina 6 (coccion
de leche de soya). Los sensores de nivel se encuentran
inactivos, lo cual activa la valvula de entrada.
5) Cuando el sensor de nivel maximo se activa, indicando
que la maquina se encuentra llena, la valvula de
entrada se apagara.
6) En este punto se da inicio a proceso de coccion, donde
se activaran los sensores de temperatura y presion.
7) Si el sensor termico indica que la temperatura no
es suficientemente alta, la valvula de vapor permitira
el ingreso de vapor de caldera hasta que el sensor
teorico indique que es suficiente vapor para alcanzar
la temperatura requerida.
8) En el caso de que la presion sea mayor a la establecida
para el equipo, lo cual puede ser resultado de la
presencia de vapor, la tapa neumatica liberara parte
de este vapor, regulando ası la presion al interior de la
maquina, evitando accidentes relacionados con esta.
9) Una vez terminado el proceso de coccion, se activara
la valvula de salida, hasta que los sensores de nivel
indiquen que la maquina se encuentra vacıa (ambos
sensores inactivos). Con la bomba se llevara la leche
cocida hasta la maquina 7 (almacenamiento temporal
de leche de soya).
10) Los sensores de nivel de la maquina 7 estaran encen-
didos pero inactivos, lo cual mantendra la valvula de
Fig. 6: Cantidad, senal y tipos de sensores
Fig. 7: PLC y maquinas
entrada de esta funcionando.
11) Una vez se active el sensor de nivel maximo indicando
que la maquina se encuentra llena, la valvula de en-
trada se apagara y se activara la valvula de salida, esta
valvula controlara el caudal que ingresa a la maquina
8 (Mezcla y saborizacion).
12) Cuando se presione el boton Stop, el PLC2 y todos los
equipos que dependen de el se apagaran. Esto se dara
en caso de finalizacion del proceso, o bien cuando se
detecte un error, lo cual encendera un bombillo que
alertara al operario, quien procedera a apagar el PLC
mediante el boton Stop.
De manera general el PLC3 va a controlarlas maquinas
8 (maquina de saborizacion y condimento) y 9 (Filtro de
solidos e impurezas) de nuestro proceso, el PLC 3 cuenta con
8 entradas: Los botones de Start y Stop del PLC, Los niveles
mınimo y maximo de las maquinas 8 y 9, un sensor de grados
brix y un pH metro en la maquina 8 ;y ocho salidas: las
valvulas que regularan el flujo de azucar y condimentos, las
valvulas de entrada y salida de ambas maquinas (8 y 9), un
Fig. 8: Caja Negra PLC1
Fig. 9: Caja Negra PLC2
agitador en a maquina 8 y una compuerta en la maquina 9.
En la Figura 10, se puede apreciar su respectiva caja negra.
Fig. 10: Caja Negra PLC3
1) Cuando un operario presiona el boton Start, se inicial-
iza el PLC con sus sensores y actuadores inactivos por
el momento.
2) Los sensores de nivel de la maquina 8 estan inactivos,
lo que indica que esta vacıa y activa la valvula de
entrada, empezara a ingresar un caudal controlado de
leche de soya precocida.
3) Cuando el sensor de nivel maximo de la maquina
8 se active indicando que esta esta llena, la valvula
de entrada se apagara y se activaran las valvulas de
entrada de azucar pre-procesada y condimentos, el
agitador y los sensores de grados brix y de pH.
4) Cuando los sensores de grados brix y de pH indiquen
que el azucar tiene las condiciones requeridas de pH
y concentracion de azucar y condimentos, las valvulas
de entrada de azucar pre-procesada y condimentos se
cerraran. El agitador continuara encendido con el fin de
garantizar una concentracion lo mas uniforme posible
en la mezcla.
5) El agitador se apagara y la valvula de salida se activara
permitiendo que la leche azucarada pase a la maquina
9 con un caudal controlado.
6) EL sensor de nivel mınimo se encuentra activo, es
decir que hay suficiente leche de soya azucarada en
la maquina para operar, por otro lado, el sensor de
nivel maximo se encuentra inactivo.
7) Para llevar a cabo el proceso de filtrado se requiere un
flujo continuo, por lo que tanto la valvula de entrada
como la valvula de salida se encontraran activas.
8) Se llevara a cabo el proceso de filtrado, hasta que el
sensor de nivel mınimo de la maquina 8 se desactive
indicando que la maquina 8 esta vacıa, lo que apagara
la valvula de salida de la maquina 8 ası como la valvula
de entrada de la maquina 9.
9) El sensor de nivel mınimo de la maquina 9 se desacti-
vara cuando dicha maquina se encuentre vacıa, lo que
apagara la valvula de salida de la maquina 9.
10) Luego de que los sensores y valvulas de la maquina
9 se hayan apagado, se abrira la compuerta que se
encuentra en esta maquina, permitiendo salir los posi-
bles restos de leche de soya que hayan quedado en la
maquina.
11) En caso de que el sensor de nivel maximo de la
maquina 9 se active, se considerara un error, dado a
que el proceso que se da en dicha maquina es continuo
y no deberıa haber acumulacion en este equipo. La
activacion de este sensor apagara inmediatamente la
valvula de salida de la maquina 8 ası como la valvula
de entrada de la maquina 9 y encendera la compuerta
con el fin de aliviar la acumulacion al interior de la
maquina, ası mismo encendera un bombillo con el fin
de alertar al operario del error que se esta presentando
para que este tome una decision al respecto.
Nuestro PLC numero 4 controlara las maquinas 10 (Homo-
geneizacion a presion) y 11 (Pasteurizacion mediante inter-
cambiador de calor de placas) de nuestro proceso productivo.
Las entradas de este PLC son los botones de Start y Stop del
PLC, los niveles de maximo y mınimo de ambas maquinas
y el sensor se presion de la maquina 10, en total suman
7. Por otro lado, las salidas del PLC son las valvulas de
entrada y salida de ambas maquinas, la valvula de escape de
la maquina 10, ası como las valvulas de entrada y salida de
agua de la maquina 11, y por ultimo la bomba de la maquina
10, en total suman 8. En la Figura 11, se puede apreciar su
respectiva caja negra.
1) Un operario encendera e PLC4 mediante su respec-
tivo boton Start. Todos los sensores y actuadores se
encuentran inactivos, excepto la valvula de entrada de
la maquina 10.
2) Desde la maquina 9 se tendra un caudal de entrada
Fig. 11: Caja Negra PLC4
controlado a la maquina 10, una vez se active el sensor
de nivel maximo de la maquina 10, su valvula de
entrada se apagara, se encenderan la bomba, la cual
presurizara la leche de soya, y el sensor de presion, el
cual permitira monitorear que la presion del proceso
no se salga del rango establecido y activara la valvula
de escape en caso de una presurizacion excesiva del
sistema.
3) vez culminado el proceso de homogeneizacion, la
valvula de salida de la maquina 10 y la valvula de
entrada de la maquina 11 se activaran permitiendo el
paso de la leche de soya homogeneizada al proceso de
pasteurizacion que se lleva a cabo en la maquina 11.
4) Una vez se active el sensor de nivel mınimo de
la maquina 11, se activaran las valvulas de entrada
y salida de agua de esta, lo que me permitira un
flujo continuo de agua caliente a lo largo de todo el
intercambiador de calor. Las valvulas de la maquina
11 me permitiran controlar los flujos de leche de soya
y de agua que ingresan al intercambiador de calor, esto
es necesario debido al funcionamiento del proceso de
pasteurizacion en este equipo, que requiere un flujo
continuo y controlado tanto de agua como de leche de
soya. De manera general, el proceso de pasteurizacion
se da gracias al calor que el agua caliente trasfiere
a las placas del intercambiador de calor al recorrer
los canales que las recubren, las cuales, a su vez,
transfieren el calor al flujo de leche de soya que recorre
los canales anteriormente mencionados. La leche de
soya y el agua de caldera nunca llegan a tocarse ni
mezclarse. El proceso se da gracias al calor que la
leche de soya caliente que ingresa al proceso cede a
las placas del intercambiador de calor, enfriandose ası
la leche de manera muy rapida. Posteriormente, las
placas del equipo ceden el calor absorbido al agua
frıa que ingresa al equipo. El agua caliente que se
menciona es agua previamente calentada empleando
el vapor proveniente de la caldera.
5) A medida que la leche de soya pasteurizada sale de la
maquina 11, ingresa en la maquina 12 para el proceso
de envasado.
6) En caso de que el sensor de nivel maximo de la
maquina 11 se active, se considerara un error, dado a
que el proceso que se da en dicha maquina es continuo
y no deberıa haber acumulacion en este equipo. La
activacion de este sensor apagara inmediatamente la
valvula de salida de la maquina 10 ası como la valvula
de entrada de la maquina 11 y encendera un bombillo
con el fin de alertar al operario del error que se
esta presentando para que este tome una decision al
respecto.
El PLC 5 sera el encargado de controlar los procesos que
se llevaran a cabo en las maquinas 12 (envasado, sellado
y etiquetado) y la maquina 13 (Caldera). Las entradas del
PLC suman 10 y corresponden a los botones de Start y
Stop, el sensor de llenado y los sensores de posicion en
la banda (sensores 1, 2 y 3) de la maquina 12, los niveles
mınimo y maximo de la maquina 13 y por ultimo los sensores
de presion y temperatura de la maquina 13. Las 5 salidas
del PLC corresponden a la valvula de llenado, la banda
transportadora, el sellador (o tapador) de la maquina 12 y
a la resistencia y valvula de la maquina 13. En la Figura 12,
se puede apreciar su respectiva caja negra.
Fig. 12: Caja Negra PLC5
1) Cuando se presiona el boton Start, el PLC inicia su
funcionamiento y con esto se encienden los sensores
y actuadores, manteniendose inactivos.
2) Cuando se posiciona una caja de Tetrapak en la
posicion 1 (inicio de la banda transportadora), se activa
el sensor 1 indicando la presencia de una caja vacıa,
lo cual activa la valvula de llenado.
3) Una vez se llena la caja hasta el nivel establecido, se
activa el sensor de llenado y esto apaga la valvula de
llenado, encendiendo a su vez la banda transportadora,
para que desplace la caja.
4) Cuando la caja llena se encuentra en la posicion 3,
se detendra la banda transportadora y se activara el
sellador, que procedera a sellar la caja. Cuando la
primera caja se encuentre en a posicion 3, se podra
posicionar otra caja en la posicion 1 para repetir el
ciclo.
5) Una vez sellada la caja, la banda transportadora la
desplazara hasta el final, donde sera colectada por un
operario para su disposicion (almacenamiento o venta).
Es importante resaltar que la caldera (maquina 3) si bien es
un equipo fundamental para el proceso productivo, no forma
parte directa de la lınea de produccion, sino que su funcion
es la de producir vapor de agua que servira como fuente de
energıa termica para los diferentes procesos que lo requieran.
1) El funcionamiento de la caldera inicia cuando se
enciende el PLC 3, momento en el cual, al encontrarse
los sensores de nivel inactivos, la valvula de entrada se
activara hasta que el sensor de nivel maximo indique
que la caldera tiene el nivel de agua requerido para la
produccion de vapor.
2) Cuando la valvula de entrada se apague, se activara la
resistencia, la cual calentara el agua hasta su punto de
ebullicion para la produccion de vapor.
3) Los sensores de temperatura y presion monitorizaran
la presion y la temperatura al interior del proceso, con
el fin de garantizar que las condiciones de operacion
son seguras y no van a causar un accidente. En caso de
que la presion o la temperatura se salgan de los rangos
establecidos, la resistencia se apagara inmediatamente,
lo que disminuira la tasa de produccion de vapor.
4) Por ultimo, la salida de vapor sera de manera continua
mientras el proceso productivo se este llevando a cabo.
Nota: los rangos de presion y temperatura deben estar por
debajo de los lımites del equipo a fin de evitar accidentes,
esto teniendo en cuenta que a pesar de que se apague la
resistencia, la energıa termica transferida por esta seguira
teniendo efecto por un lapso posterior a su apagado, es decir,
que la presion y la temperatura seguiran aumentando, aunque
a menor velocidad. Es decir que la presion y temperatura
definidas como lımite para el apagado de la resistencia deben
ser bajas a fin de que al sumarle el incremento debido a la
transferencia de calor desde la resistencia despues de apa-
gada, de como resultado una presion y una temperatura que
sigan estando dentro del rango de condiciones de operacion
seguras.
A. Maquinas de Estados Finitos (MEF)
Para cada una de las maquinas involucradas en el proceso,
se desarrollaron MEF con el fin de identificar cada uno de
los procesos que se lleva a cabo en la produccion de la
leche de soya. A continuacion se presentaran las MEF de
dos subprocesos, el de la maquina 3 lavado y remojo de
soya y el de la maquina 4 Molienda y separacion. En las
graficas se observa el sımbolo !, el cual hace referencia a
la negacion de la variable que lo acompana, de igual forma
las variables se nombraron de la forma en la que esta por
facilidad, pero se puede ver cada una a quien pernece; en
la tabla I dan la lista de los sensores y en la tabla II la de
los actuadores. Las entradas y salidas para las 2 maquinas
se pueden observar la en la figura 8, perteneciente a la caja
negra del reactor, ya que estos dos estan agrupados.
V. IMPLEMENTACION
Con las MEF implementadas en cada subproceso, se
realizara la programacion en el software GX WORKS2
con el lenguaje Ladder, de esta forma se controlara toda la
produccion de la leche de soya. En el presente informe se
muestran las Maquinas de Estados Finitos de dos maquinas
Fig. 13: MEF N3 Maquina3(a)
Fig. 14: MEF N3 Maquina3(b)
como se describio anteriormente. A partir de la MEF N3
Maquina3 (a) y la MEF N3 Maquina3 (b) se controla el
subproceso de lavado y remojo de la soya, la MEF N3(a)
representa los estados de una valvula de flujo de agua,
cuando esta igualada a cero hace referencia al estado cero
(Estado 0) y cuando esta igualada a uno, al estado 1(Estado
1); esto se mantiene igual para la valvula de flujo de vapor
perteneciente a la MEF N3 (b) y la MEF N4 que controla
el proceso de molienda y separacion, que comparada con
las MEF anteriores, esta tiene dos condiciones: Martillos y
Agitador4. En el cuarto paso del protocolo para el PLC1 se
describe detalladamente lo que se debe cumplir para que se
pase de un estado a otro.
A continuacion se muestra los pantallazos del programa
en GX WORKS2 de las maquinas 3 y 4 (Nota: Para la
maquina 3 fue necesario dividirla en 2 partes debido a su
extension):
El programa inicia con la escalizacion del dato de tem-
peratura requerido en el proceso para convertirlo en voltaje
(Figura 16), luego se nombra la marca M8082, que es un
espacio de memoria en el PLC, para cada estado. Finalizado
esto se desarrolla un sistema Flip-Flop Set-Reset para pasar
de un Estado 0 a un Estado final, para esto se toma en cuenta
los requerimientos mencionados en el protocolo. Esta imagen
muestra el paso del Estado 0 al Estado 1 y viceversa de la
valvula de vapor (bloque 1 hasta el 8, este ultimo inicia en
el segundo pantallazo)
Este pantallazo inicia con la transicion del Estado 1 al
Fig. 15: MEF N4 Maquina4
Fig. 16: Imagen 1. Maquina 3
Estado 0 de la valvula de vapor (Figura 17). Luego se
lleva a cabo el paso del Estado 0 al Estado 1 y viceversa
para la valvula de agua, cumpliendo con lo mencionado
anteriormente.
Fig. 17: Imagen 2. Maquina 3
El programa para la maquina 4 inicia con la declaracion
de la marca M8002 (Figura 18) y muestra el paso del Estado
0 al Estado 1 de la molienda cumpliendo las especificaciones
de los martillos y el agitador4 para su funcionamiento. En el
bloque 5, se observa que se anadio un temporizador de 3o
minutos, ya que este tiempo es indispensable para que haya
una correcta trituracion del grano.
A continuacion se presenta la interfaz Hombre-Maquina
(Figura 19) correspondiente al PLC1, que es donde se
encuentran las maquinas presentadas en el informe (Maquina
3 y 4):
Junto con el informe se anexara un sistema de carpetas
Fig. 18: Imagen 1. Maquina 4
Fig. 19: Interfaz Hombre-Maquina PLC1
que consiste de la siguiente manera: Una carpeta comprimida
denominada ”leche-soya” contiene:
• un archivo en extension PDF llamado ”anexos”, el cual
esta conformado por la informacion tecnica de los PLC
reportados en las tablas que van de la TABLA I a la
TABLA X, y tablas para cada sensor y actuador uti-
lizado en el proceso y reportados en las tablas ya antes
nombradas en las que se describen sus caracterısticas
tecnicas.
• una carpeta denominada ”instrumentacion” que contiene
el diagrama SCADA, el diagrama de flujo con sensores
y actuadores (Figura 4), las graficas en torta que repre-
sentan la cantidad, senal y tipos de actuadores y sensores
(Figura 5 y Figura 6) y la figura en la que se encuentra
el numero de PLCS utilizados con su correspondiente
maquina (Figura 7).
• una carpeta llamada ”implementacion” que contine una
subcarpeta ”Programas Mef”, en la que se encuentran
los archivos en extension .gxw de la programacion de
todas las MEF utilizadas en el proceso produtivo de la
leche (13 en total); otra subcarpeta ”MEF” que contiene
cada una de las MEF de cada maquina y una ultima
subcarpeta ”Imagenes HMI” en la que se encuentran
los interfaz Hombre-Maquina, correspondiente a cada
PLC (5 en total), estas estan en extension PNG y VI
(Labview).
• una ultima carpeta ”archivos fuente” que contiene el
archivo base para la elaboracion del informe.
VI. CONCLUSIONES
En el presente trabajo se logro una buena automatizacion
del procesos principalmente porque se tuvo claridad en los
procesos que llevan a cabo la empresa. De igual forma
se logro la construccion de las MEF que permitieron
determinar la cantidad de sensores y actuadores necesarios
en el proceso de automatizacion y una vez tenidos estos
se establecieron los PLCs necesario en el proceso y se
agruparon por subprocesos, esto con el fin de que se contara
con varios PLCs los cuales iran ubicados en el distintos
puntos del procesos y la interfaz hombre maquina.
Nota: Se reporta en las referencias el vıdeo del proceso
productivo de la leche de soya[5],[2]. Se reporta igualmente
la pagina de donde se extrajeron las caracterısticas de los
sensores y actuadores de las tablas de anexos[1].
VII. REFERENCIAS
REFERENCES
[1] Alibaba Group. Alibaba, 2020.[2] Rapeepat Dary Clean. Soybean Milk Production Line English, 2017.[3] Flor Garcıa, Diner Mestanza, and Jose Lopez. Influencia de la
dilucion agua: soya y tiempo de pasteurizacion en las caracterısticasfisicoquımicas y organolepticas de una bebida de Glycine max “soya”.SCIENDO, 18(2):1–11, 2015.
[4] Revista Dinero. Con sabor verde: mercado vegano y vetegariano enColombia. Alimentacion Revista Dinero, feb 2019.
[5] Vitasoy Australia & NZ. The Soy Process - Vitasoy Soymilk production,2013.
VIII. ANEXOS
TABLE XI: Anexo 1. PLC Mitsubishi
Model Number FX3G-14MR/DSStocked Item SCertification UL cUL CE (EMC)
Integrated Inputs/Outputs 14Power Supply (V) 24VDCIntegrated Inputs 8
Integrated Outputs 6Output Type Relay
Power Consumption (W) 21Weight (kg) 0.55
Dimensions (WxHxD) mm 90 x 90 x 86
TABLE XII: Anexo 2. PLC Mitsubishi
Model Number FX3G-24MR/DSStocked Item SCertification UL cUL CE(EMC)
Integrated Inputs/Outputs 24Power Supply (V) 24VDCIntegrated Inputs 14
Integrated Outputs 10Output Type Relay
Power Consumption(W) 21Weight (kg) 0.55
Dimensions (WXHxD) mm 90 x 90 x 86
TABLE XIII: Sensor termico
Fuente de 24 V DC(22V-26V)AlimentacionDisipacion de 0.96 W
PotenciaTemperatura de 0C-150Cfuncionamiento
Tiempo de 1515s (1m/V de giro)funcionamientoSenal de salida sist de dos hilos 4mA-20mA
Capacidad de carga 500 ohmniosCarcasa ABS 90mmx65mmX20mm
Instalacion Tornillo fijo
TABLE XIV: pHmetro
Rango de entrada 0-14 pHExactitud 0.02 pH
Estabilidad +-0.1 pHMonitor LCD de 3.5 bits
Electrodo grado sanitario 0.05cmTemp compensacion 0-60C
Long. Cable 10mSalida de I 4-20mAHumedad 85%RH
Fuente AC 220V +- 10% 50HzCond ambiente 0-50CDimensiones 96x96x130mm
Corte del panel 92x92mmInstalacion recorte fit-in
TABLE XV: Sensor de nivel
Forma de salida 2-20mARango 0-10MVoltaje 24V DC(9V-32V)
Clase exactitud Clase 0.5Temperatura 0-60C
Tiempo 50msCapacidad de carga 500 ohmnios
Repetitibilidad +-0.2 % FSConexion conexion de cable
Sobrecarga de P 2 VecesMaterial Acero inoxidableMedicion Fluidos
Nivel de proteccion IP68
TABLE XVI: Agitador
Max. Vol 3000LRPM 1-139
Capacidad 3000LPeso(kg) 15KgVoltaje 220V,360V
Dimension 50x50x100Certificacion AntiexplosionesPotencia(Kw) 0.37
Modelo 40L-1000L
TABLE XVII: Sensor Grados brix
Marca MKLBModelo MRM-P92
Talla 155x25x40mmPeso 0.15Kg
Presicion 0.20%Min.Div 0.2% Bx
Rango Brix 0-32%Rango 59-92%
Escala mınima 0.20%Dimension 155x25x40
TABLE XVIII: Sensor de posicion
Tipo Codificador lineal opticoRango de medida 0-1500mm
Senal de salida 4-20mA 0-10V 0-20KPrecision lineal 0.1-0.05% FS
Respuesta frecuente 0.01%Poder 100-300 kHz
Vibracion 10Hz-1500HzVida 10 millones de veces
Retraccion del cable 2N-4NLongitud opcionalMaterial Aleacion de aluminio
TABLE XIX: Valvula
Talla 1/4”-2”Material SS304, SS316, SS304L
Aplicacion FluidosPresion 3000-10000PSI
Temperatura -20-150CServicio 24H
Insurance 10 MillionPackage Standard export
Coneccion NPT,BSP,ISO,DINCertificate CE ROHS GS TUV ISO9001Material Stainless Steel
TABLE XX: Banda Transportadora
Modelo LXT-600Ancho del cinturon 600mm
Longitud del cinturon 2000mmAltura inferior 800-1000mmAltura superior 1200-1600mm
Capacidad 30KgVelocidad 12m/minCinturon PVCVoltaje AC 220 V
TABLE XXI: Valvula de llenado
Tipo QHS 1500Capacidad 1000-1500 Kg/h
Temperatura 0-120CPresion 0.05-0.15 Mpa
Presion del tanque 0.2-0.5MpaPotencia 1.5KW
Dimension 900x700x2000Peso 500kg
TABLE XXII: Valvula de vapor
D Nominal 20mmD Asiento 15mm
Carrera nominal 16mm
Area efectiva 280 cm2
Rango de resorte 40-200KpaPresion de fuente 0.25Mpa
TABLE XXIII: Bomba
Flujo 50m3/hCabeza 66m
Temp Max 20-150CMaterial 304/316L
Sello mecanico unico-dobleEntrada/salida Roscado
TABLE XXIV: Valvula de seguridad
Artıculo ET-3107Tamano Hecho a la medidaMaterial LatonPresion 10-25 bar
Temperatura -20-120CConexion final FM hilo
Color de la manija Segun clienteNombre marca OEM
Aplicacıon Fluidos
TABLE XXV: Resistencia
Tipo Calentador de inmersionFuente Electrico
Dimension personalizadoPeso 20kg
Voltaje 380VCertificacion CE ROHSAplicacion Calienta fluidos
Material SS304 SS316Espesor 1.5mmForma Recto
Diametro 10mmMax potencia 20KW
Alambre Niquel cromo NiCrLongitud 800mm
TABLE XXVI: Sistema ADC
Velocidad de muestreo 250MSPSConsumo 265mW
SRN 70.6 dBFSSFDR 84 dBcVoltaje 1.7-1.9V
Encapsulado QFN 48 pines
TABLE XXVII: Sistema DAC
Sistema 14 bitsVelocidad 275MSPSConsumo 330mW
Rango 84dBcVoltaje 3-3.6V
ACLR WCDMA 73dBEncapsulado TQFP 48 pines
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