control automatico de la fabricaci´ on de leche de soya´

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

[email protected],[email protected],[email protected],[email protected]@eafit.edu.co,[email protected]

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


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


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




**/*pH DatoPh 3 D8280 A.2**/**GradosBrix DatoG 3 D8281 A.2


TABLE IV: Tabla de sensores PLC 4




**/*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



Nivel Sllenado 5 X002 A.2Posicion Sensor1 5 X003 A.2Posicion Sensor2 5 X004 A.2Posicion Sensor3 5 X005 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


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


*/**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


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


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


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


agitador en a maquina 8 y una compuerta en la maquina 9.

En la Figura 10, se puede apreciar su respectiva caja negra.


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


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


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.


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.


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. 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

control automatico de la fabricaci´ on de leche de soya´

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