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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS E INCORPORACIÓN DE
RECETAS EN EL SISTEMA DE CONTROL DE LA SALA DE
COCIMIENTO DE CERVECERÍA ANDINA S.A.
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
CARLOS OSWALDO ALVAREZ TORRES
PAUL ALEJANDRO RIVERA MARTÍNEZ
DIRECTOR: Ing. Jorge Molina
Quito, Enero 2006
ÍNDICE
DECLARACIÓN ICERTIFICACIÓN IIAGRADECIMIENTOS IIIAGRADECIMIENTOS IVDEDICATORIA VDEDICATORIA VIRESUMEN 1PRESENTACIÓN 2
CAPÍTULO 1 3DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO 3
1.1 INTRODUCCIÓN .......31.2 LOS PROCESOS DE COCIMIENTO ,31.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO 61 .^CORPORACIÓN DE RECETAS 7L5 EL ADMINISTRADOR DE RECETAS... 81.6REC1EEMANAGER 9
CAPÍTULO 2 12DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN 12
2.1 INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO .122.1.1 TRANSMISOR DE TEMPERATURA "ENDRESS + HAUSER" ...122.1.2 FLUJÓMETRO "KOBOLD"- CCENDRESS + HAUSER".... .....132.1.3 TRANSMISOR DE DENSIDAD "ANTÓN PAAR" ........182.1.4 TRANSMISORES DE PRESIÓN "ABB" ...212.1.5 ACCESORIOS GENERALES DE INSTRUMENTOS - SELECCIÓN DECABLES 22
2.2 CONTROLADORES Y CONTADORES...... 242.2.1CONTROLADORABBKENTTAYLOR SERIE 1900 242.2.2 CONTROLADORHONEYWELLCOMMANDERDR 4300... 292.2.3 CONTADOR DURANT MODELO 45610-400 33
2.3 CONTROL DE VOLUMEN DE AGUA......... 342.3.1 FUNCIONALIDAD...... 342.3.2 ALGORITMOS DE CONTROL 35
2.4 CONTROL DE TEMPERATURA .........412.4.1 FUNCIONALIDAD... 412.4.2 ALGORITMOS DE CONTROL .442.4.3 PARAMETRIZACIÓN DE PID'S 48
2.5 CONTROL DE DENSIDAD ....502.5.1 FUNCIONALIDAD .502.5.2 ALGORITMOS DE CONTROL 51
2.6 RED DE PLC'S Y ARQUITECTURA 522.6. i DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE RED 522.6.2 PLC SIMATIC S7-SUPERVISOR 522.6.3 PROGRAMACIÓN DEL S7 -300 53
~ CAPÍTULOS 54CONFIGURACIÓN DE LA INTERFAZ HOMBRE- MÁQUINA 54
3.1 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR .....543.2 ADMINISTRADOR DE RECETAS "RECEIPE MANAGER" 563.3 SECUENCIADEL PROCESO INDUSTRIAL Y NAVEGACIÓN..... ....63
3.3.1 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA OLLA AUTOCLAVE 643.3.2 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE MACERADOR ........653.3.3 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE DE FILTRO 663.3.4 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA RECUPERADORA.... 673.3.5 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA DE HERVIR .......68
3.4 DISEÑO DE PANTALLAS DEL PROCESO .......693.4.1 PANTALLA PRINCIPAL DE ACCESO 693.4.2 PANTALLA DE OLLA AUTOCLAVE 723.4.3 PANTALLA DEL TANQUE MACERADOR 74
"*"" _M4^ANTALLA DEL TANQUE DE FILTRO 763.4.5 PANTALLA DE LAPAILA RECUPERADORA....... 773.4.6 PANTALLA DE LA PAILA DE HERVIR 79
$ 3.4.7 PANTALLAS DE TENDENCIAS Y ALARMAS 81
CAPÍTULO 4 82INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA 82
4.1 INSTALACIÓN DEL TABLERO .824.2 DISTRIBUCIÓN E INSTALACIÓN DE CABLES EN LA SALA DE COCIMIENTO-. o 34.3 CONEXIONES 84
4.3.1 CONEXIÓN DEL PLC SUPERVISOR Y SUS COMPONENTES... 844.3.2 CONEXIÓN DE LA RED ETHERNET..... 844.3.3 CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN 864.3.4 CONEXIÓN DE LOS CONTROLADORES 944.3.5 CONEXIÓN DE LOS CONTADORES 984.3.6 CONEXIÓN DEL COMPUTADOR ADMINISTRADOR DE RECETAS 100
_.4.4 ENERGIZACIÓN DEL SISTEMA .100
CAPÍTULOS 1025.1 CONCLUSIONES.... 1025.2 RECOMENDACIONES 103
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 105ANEXOS 106
DECLARACIÓN
Nosotros, Alvarez Torres Carlos Oswaldo, Rivera Martínez Paúl Alejandro,
declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que
no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y,
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la riormatividad institucional vigente.
CARLOS A&/ÁREZ TORRES • PAUL RIVÉBA-^RTINEZ
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Carlos Oswaldo Alvarez
Torres y Paúl Alejandro Rivera Martínez, bajo mi supervisión.
Ing. JORGE MOLINA
DIRECTOR DEL PROYECTO
AGRADECIMIENTOS
Agradezco primeramente a Dios por ser mi inspiración, fortaleza y permitirme
alcanzar una de mis metas.
A mi Madre por ser mi ejemplo, por que gracias a su sacrificio y constante lucha a
mi lado, hoy, he llegado hasta aquí, y a pesar de todas las adversidades siempre
tuvo palabras de aliento.
A mi hermana por la tenacidad que me transmitió y ia ayuda que me supo dar en
los momentos que más lo necesité.
A toda mi familia que de una u otra manera me apoyo incondicionalmente en
especial a mi Papa, mi tío Francisco, a mi tía Maria y uno especial para Mónica
~pojja-p£cie.qcia y apoyo incondicional.
A la Cervecería Andina S.A. y a todo su personal que nos brindo su ayuda y su
amistad de la mejor de las formas, en especial al ing. Jesús David Rueda por la
confianza brindada y al Ing. Juan Carlos Cifuentes por darme la oportunidad de
realizar el proyecto y por ser más que codirector de este proyecto y haberme
brindado su amistad y por todos los conocimientos que he recibido de él tanto en
el ámbito profesional como personal.
A mi compañero y amigo de este proyecto Paúl por haber formado un equipo
solidó de trabajo y por el esfuerzo y dedicación brindados.
A la Escuela Politécnica Nacional y a todos mis maestros que supieron formarme
profesionalmente y en algunos casos personalmente, especialmente al Ing.-Jorge
Molina que con su acertada dirección sacamos adelante este proyecto.
A todos ustedes gracias de corazón.
Carlos
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por permitirme realizar este proyecto al brindarme salud y guía
en todos los momentos.
A mi padre, Patricio Rivera, por su comprensión y su apoyo incondicional en el
proyecto y a lo largo de la carrera.
Al Ing. Juan Carlos Cifuentes, un excelente jefe y amigo, que con gran sabiduría y
constancia ha dirigido este proyecto en todas sus etapas y ha sabido guiarme de
excelente manera en el ámbito profesional.
AI Ing. Jesús David Rueda, gerente de Cervecería Andina S.A., por su apoyo y
confianza al proyecto.
Al ing. Jorge Molina por su destacada dirección en el proyecto y gran labor como
director.
A Carlos, mí amigo, por su colaboración en el proyecto.
A Marisabel por sus consejos y paciencia.
A todo el personal técnico de Cervecería Andina S.A. por su excelente trabajo.
Paúl
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mi Madre, por lograr esta meta conjunta,A mi hermana por todo su apoyo,
Y a Mónica por que supiste poner tu grano de arena.
Carlos.
DEDICATORIA
A mi madre IRENE, quien ha sido inspiración para avanzaren mi carrera.
A mí querida Marisabel por su amor y comprensión. A mi papá y amigo, Patricio,
por ser un gran ejemplo de padre. A mis hermanas, Karen y Mónica. A mi sobrino,
Camilo.
Paúl
RESUMEN
Uno de los objetivos de este proyecto fue ¡mplementar en la sala de cocimiento de
Cervecería Andina S.A., un sistema automático de producción mediante la
utilización de recetas que deben ser ingresadas por el usuario, tomando en
cuenta los análisis de laboratorio hechas a las materias primas, que en este caso
son malta, arroz, agua, etc. Otro de los objetivos fue centralizar la supervisión y
visualización del sistema de control distribuido existente.
Para lograr estos objetivos, a la arquitectura anterior se incorporaron un PLC
supervisor de recolectar y enviar datos a los PLC's de la sala de cocimiento y una
estación central de supervisión y monitoreo del sistema de control, interfase
gráfica que se desarrolló mediante el programa Intouch de Wonderware Factory
Suite. Las señales llegan o salen desde el PLC Supervisor a la interfaz, por medio
de una red "Industrial Ethernet".
A la aplicación desarrollada en Intouch, se la combina con una de sus librerías
denominada "Recipe Manager" encargada de administrar las recetas y a través
de la cual el usuario puede editar las recetas e ingredientes, requeridos en la
fabricación de los productos de Cervecería Andina S.A. (Pilsener, Clausen, Pony,
Club, etc.).
La arquitectura de la red implementada da la opción al personal de laboratorio y
control de calidad, a que puede ingresar y obtener recetas desde otros
computadoras de Ja red administrativa.
PRESENTACIÓN
La sala de Cocimiento de Cervecería Andina dentro de sus etapas de
automatización, ha dado un gran paso con el presente proyecto al manejar todos
los procesos que constituyen la cocción de la cerveza a través de recetas. El
control de temperatura, agua y densidad en los tanques de la sala de cocimiento
son de gran importancia, ya que mediante la buena ejecución de éstos, dependen
muchos factores característicos y de calidad de la cerveza.
La documentación del proyecto esta desarrollada en cinco capítulos;
El capítulo 1 presenta una descripción general del proyecto.
El capítulo 2 ¡lustra todos los detalles referentes a la instrumentación utilizada,
tales como transmisores de temperatura, flujómetros, contadores y consoladores,
y además se detalla el control programado en los diferentes PLC's, para
temperatura, agua y densidad con sus respectivos diagramas de flujo.
El capítulo 3 presenta la comunicación de la ¡nterfaz gráfica con la red de PLC'S
mediante el utilitario "I/O Servers", la programación del administrador de recetas
"Recipe Manager" y el diseño de pantallas en la interfaz con visualización de los
procesos controlados.
El capítulo 4 muestra todos los detalles de la instalación del sistema de control y
puesta en marcha. Aquí se puede observar como ha sido conectada la
instrumentación con los dispositivos de control, el cableado, la construcción del
tablero y la ubicación de todos los elementos del sistema.
El capítulo 5 expone las conclusiones que en el presente proyecto han sido
obtenidas, luego de poner en funcionamiento este nuevo sistema.
CAPITULO 1
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
1.1 INTRODUCCIÓN
Hoy en día, el entorno tecnológico, social y económico carpbia rápidamente, lo
que implica que una organización será capaz de sobrevivir si es capaz de
responder efectivamente a esas demandas cambiantes.
La globalización de la economía, la reducción de distancias de mercados
extranjeros (en términos de tipo transporte y comunicación) y la reducción de
barreras arancelarias, está exigiendo a las empresas a ser más competitivas.
Bajo este contexto, la empresa Cervecería Andina S.A., está empeñada, y de
hecho lo está haciendo, en modernizar los procesos de trabajo, incorporando
nuevas'-tecnologías, a fin de lograr mayores niveles de eficiencia, productividad y
mejorar resultados en sus productos y servicios.
En esta línea, el objetivo principal de este proyecto está orientado a mejorar los
procesos que se llevan a cabo en la Sala de Cocimiento, mediante la
implementación de sistemas automáticos para el control de temperatura, densidad
y volumen de agua; incorporando adicionalmente un sistema administrador de
recetas.
1.2 LOS PROCESOS DE COCIMIENTO
Para la elaboración de la cerveza, son necesarios varios procesos y subprocesos,
los que deben ser desarrollados cumpliendo ciertos estándares de calidad y
eficiencia. En la Cervecería Andina S.A., estos procesos y subprocesos están
agrupados en diferentes ambientes de trabajo y llevados a cabo en una secuencia
de pasos, tal como se indica en la figura No. 1.1.
"71Recepción de Materia Prima
Procesos de Cocimiento
Procesos en Sala de Frío
Embotellado
FIG. 1.1 Pasos para la Obtención de la Cerveza.
Para el caso que nos amerita, en la Sala de Cocimiento se llevan a cabo, de
manera secuencia!, los siguientes procesos:
Cocción de Adjuntos(Olla Autoclave)
Molienda de cebada(Tolva)
Maceración(Tanque Macerador)
Filtración(Tanque Filtro)
Hervido(Paila Recuperadora)
Hervido(Paila de Hervir)
FIG. 1.2 Pasos para el cocimiento de la Cerveza.
En la primera fase, la cebada proveniente de los silos de almacenamiento, es
molida y remojada antes de pasar a la olla de maceración, donde es mezclada
con agua y está en espera del arroz, cuyo proceso de cocimiento, a cierta
temperatura, es realizado en la olla autoclave (cocción de adjuntos).
En la olla de maceración se procesa la combinación de arroz, cebada y agua,
hasta alcanzar cierta temperatura y lograr una mezcla homogénea. Esta mezcla
pasa a la olla de filtración donde se obtiene el mosto, sustancia rica en proteínas,
a partir de la cual, y luego de un proceso de fermentación se produce la cerveza.
Luego del proceso de filtrado, el mosto pasa a las ollas de hervido, donde se
agregan otros componentes adicionales, que otorgan ciertas características
especiales al producto.
Actualmente la Sala de Cocimiento opera y controla sus procesos mediante tres
PLC'S: PLC Silos, PLC Maceradory PLC Filtro, enlazados en una red Ethernet.
Esta red de PLC's, conjuntamente con las Interfaces Hombre-Máquina (HMI),
constituye el sistema de control distribuido (DCS) de la sala de cocimiento, que se
ilustra en la figura No. 1.3.
COMPUTADORES
oMMeíaa'i tow luance
D
HM~ S (MXETHW. ETHBtfJeTJ
PLCS7-300CPU312IFM MACERADOR
PLC S7 - 300 CPU 314 FILTRO
PLC 57 - 300 CPU 314 IFM SILOS
34
RED DE PLCs INDUSTEÍIAL ETHERNETPROTOCOLO CSMA/ CDSOPORTE DE TRANSMISIÓN CABLE ITPELM EN CASCADA NORMA ETHERNET (IEEE 802,3)
FIG. 1.3 Arquitectura actual
En este Sistema y concretamente en la programación de los PLC'S, falta
incorporar varios lazos de control, a través de los cuales se logre regular, de
manera automática, la temperatura, el volumen de agua y la densidad en los
procesos antes indicados, objetivos que forman parte de este proyecto.
1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO
Los objetivos principales del proyecto son los siguientes:
• Automatizar los procesos de Cocción de adjuntos, Macerado, Filtrado y
Hervido de la cerveza mediante lazos de control para cantidad de agua3
temperatura y densidad.
• Incorporar un Sistema Administrador de Recetas mediante la utilización del
software comercial " Recipe Manager" para todos los productos que se
elaboran en la Cervecería Andina S.A.
De acuerdo a esto, la nueva arquitectura en el sistema de control de la Sala de
Cocimiento quedará de la forma indicada en la figura No. 1.4.
PLC 57-300 CPU 314 MAESTRO
COMPUTADORES
RED DE PLC» INDUSTRIAL ETHERNETPROTOCOLO CSMA/ CDSOPORTE DE TRANSMISIÓN CABLE tTPELM EN CASCADA NORMA ETHERNET [IEEE BO2.3)
FIG. 1.4 Nuevo arquitectura
En la Figura 4, aparece un PLC Supervisor e integrador, el mismo que es
requerido para la incorporación del sistema administrador de recetas.
1.4 INCORPORACIÓN DE RECETAS
La Sala de Cocimiento de la Cervecería Andina S.A. realiza la cocción de varios
productos y para ello utiliza un "Registro de Formulación" en el cual se establecen
todas las recetas de acuerdo a una planificación semanal.
La importancia del "Registro de Formulación" es primordial en la Sala de
Cocimiento, debido a que ésta entrega la mayoría de las características a la
cerveza, y por lo que resulta imprescindible respetar de forma estricta todos los
parámetros que se apuntan en este registro.
El registro es elaborado por los ingenieros cerveceros, quienes, a través de un
análisis profundo y constante de la cerveza, pueden ajustar ciertos parámetros a
la fórmula de cada producto. Esto hace que la receta sea muy dinámica y sea
cambiable en cada proceso de cocimiento, por lo que se ha convertido en una
necesidad, el buscar una mejor administración en este ámbito.
Para este efecto, se ha encontrado una solución en la operación de un
Administrador de Recetas, ei mismo que tiene la capacidad de proporcionar y
cambiar datos de forma inmediata y en cualquier instante en la Receta y a la vez
envían estos datos a! Sistema de Control Distribuido.
Hoja dinámica
Registro deFormulación
DATOS DERECETA
/CONTROLADOR LÓGICO
PROGRAMABLE"MAESTRO"
/
/
ORDENES ALSISTEMA
RED DECONTROLADORES
LÓGICO PROGRAMABLE
FIG. 1.5 Interacción Datos de Receta-Procesos en Sala de Cocimiento
1.5 El ADMINISTRADOR DE RECETAS
Para realizar el control de recetas en la Sala de Cocimiento de Cervecería
Andina, se requiere de un software administrador de recetas que sea
configurable a fin de ingresar cualquier tipo de receta y que sus parámetros sean
modificados cada vez que el usuario lo requiera.
• La Cervecería Andina tiene instalados varios HMI'S (Interfaces Hombre-
Máquina) para el controi y monitoreo en diferentes áreas, que han sido
configuradas mediante paquetes computacionales de la Empresa
"Wonderware Factory Su ¡te". En el presente proyecto, y por facilidad de
manejo, se unificarán dichos requerimientos usando los mismos paquetes
en versiones actualizadas.
• INTOUCH, como parte de los paquetes Wonderware Factory Suite, será
configurado para obtener un ambiente visualizador del proceso, en el que
se supervisará y controlará todo el sistema de manera secuencial.
• RECEIPE-MANAGER, como herramienta del paquete INTOUCH, será
configurado para ingresar cualquier tipo de Receta, que podrá ser
modificado en cualquier instante de acuerdo a los requerimientos del
usuario.
• Utilizando funciones de Recipe Manager se ejecutará un sistema de
Reportes de Recetas y de los Procesos del Cocimiento.
• La Interfaz Hombre-Máquina tendrá comunicación y operación sobre un
PLC Supervisor e integrador de todos los procesos de la Sala de
Cocimiento.
Administrador deRecetas
(Recipe Manager)
v__ _^
InterfozHombreMáquina(Infouch)
/Controlador Lógico
Programable(PLC-Integrador)
/
/
FIG. 1.6 Esquema del Administrador de Recetas
1.6 RECIPE MANAGER
El Recipe Manager es un utilitario de Intouch y su función principal es la de
administrar Recetas usando una plantilla configurable en la que intervienen tres
parámetros: número de Recetas, número de ingredientes y número de unidades
procesadores (tanques u ollas).
La función más importante que tiene este administrador es la de entregar los
datos de Receta de forma organizada y directa en donde se requiera, para el
proceso actual estos datos están incorporados en el "Informe Técnico de
Cocimiento" brindando un mejor manejo e interacción entre el ingeniero
Cervecero y el Supervisor de! cocimiento.
Las funciones principales en la administración de Recetas son cinco:
1. Añadir y borrar recetas, se agregarán recetas nuevas y se podrá suprimir
aquellas que están sin uso en la configuración de la plantilla de receta del
programador del Sistema.
2. Añadir y borrar ingredientes, se agregan nuevos ingredientes o se
suprimen aquellos que dejan de ser utilizados en una determinada receta.
10
3. Añadir y borrar unidades procesadoras, de forma similar que en las dos
funciones anteriores, solamente el programador de la plantilla estará en
condiciones de agregar o quitar unidades procesadores, las cuales son
ollas o tanques que procesan algún tipo de material.
4. Visualizar y cambiar cantidades de ingredientes, el cervecero estará al
alcance de visualizar las cantidades de ingredientes configurados en una
determinada receta y a la vez puede cambiar a otra cantidad si así lo
requiere.
5. Interactuar los valores de Receta con varios programas, el administrador
de Recetas "Recipe Manager" al ser parte de íntouch posee ciertas
potencialidades, como la de tener datos de tipo DDE (Dynamic Data
Exchange) los cuales pueden ser llevados a varios programas. Los datos
DDE tienen un estrecho vínculo con Microsoft Office y la mayoría de los
usos se lo hace en Microsoft Excel, donde se puede presentar de una
mejor forma un Registro de Formulación.
11
ADMINISTRADOR DE RECETAS
AGREGAR YBORRARRECETAS
AGREGAR YBORRAR
INGREDIENTES
AGREGAR YBORRAR
UNIDADES
VISUALIZAR YCAMBIAR
CANTIDADES
INTERACCIÓNDATOS DE RECETA
CON OTROSPROGRAMAS
FIG. 1.7 Funciones del Administrador de Recetas.
12
CAPITULO 2
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL E
INSTRUMENTACIÓN
2.1 INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO
Para la medición de temperatura, densidad y volumen de agua se utiliza
transmisores, cuyas señales se ingresan en un PLC, el cual mediante el programa
almacenado en su memoria, ejecutará las acciones de control sobre los
actuadores, que en el caso concreto de este proyecto, son electro-válvulas.
Adicionalmente, se agregan transmisores de presión, que actuarán como
elementos de seguridad en el sistema de control.
A continuación, se hace una descripción funcional de cada uno de los
transmisores involucrados en el sistema de control.
2.1.1 TRANSMISOR DE TEMPERATURA "ENDRESS + HAUSER"El transmisor de Temperatura marca Endress + Hausser, utilizado en este
proyecto, tiene como elemento sensor un RTD de tipo PT100 de ía misma
marca] el cual es configurable en el rango de temperatura y produce una
salida normalizada de 4 a 20 mili Amperios.
RTDPT-100
4 a 20
Fig. 2.1 Vista Superior —transmisor Endress + Hausser
13
Características generales:
• Rango : O a 120 aC (Configurable)
• Salida : 4 a 20 mA
• Reacción en condiciones de falla: <= 3,6 mA o =>21 mA
• Damping : O a 8 s
• Offset: -9.9 a +9.9 K
Características de Salida.
Temperatura vs. Corriente de Salida
I ¿.U
1 nn0 1UUoro pnv- OU13
•4-*
03 RHL- OU0)Q.
E /in4Uo
on -zu
n A
Xs,/y 0. -OQ
/5,6; 10
n
^/1 2; 50
i; 30
X^IS,'
/ÍS.a; 70
6' 60
°0* 100
;90
O 10 15
miliAmperios
20 25
FIG. 2.2 Temperatura vs. Corriente de salida del transmisor
de temperatura
2.1.2 FLUJÓMETRO "KOBOLD" - "ENDRESS + HAUSER"Se han incorporado cuatro flujómetros en el proceso a fin de obtener datos
totalizadores de la cantidad de agua que ingresa a las ollas de la Sala de
Cocimiento, e interactuar con la instrumentación anteriormente disponible.
El Sistema tiene cinco mediciones para la entrada de agua, a saber:
14
1. Ingreso de agua en Filtro Leuter.- Se ingresa agua base para
el proceso de filtrado y para el enjuague del tanque. Estos
ingresos de agua son medidos mediante un Flujómetro
Kobold, ya existente en el sistema y con su propio control, el
cual fue adaptado para su correcta operación en este tanque.
2. Ingreso de agua en Autoclave.- Se ingresa agua base en la
olla autoclave con ciertos requerimientos de temperatura, la
cantidad de agua se mide con un flujómetro Endress +
Hauser.
3. Ingreso de agua en Macerador.- Se ingresa agua base para el
tanque Macerador y se mide con un fiujómetro Endress +
Hauser.
4. Ingreso de agua para Remojo de malta.- Se ingresa agua
para remojar la malta por un determinado tiempo y la
medición del ingreso es realizada mediante un Flujómetro
Endress + Hausser.
5. Ingreso de agua para enjuague de rodillos.- Se ingresa agua
para limpiar y enjuagar los rodillos trituradores de malta. Este
ingreso de agua es medido con un Flujómetro Endress +
Hausser.
2.1.2.1 Flujómetro Kobold
Los Flujómetros de turbina Kobold son usados para la medida]
control y monitoreo del flujo de líquido. Debido a que estos
instrumentos están construidos con materiales de alta resistencia y
pueden ser usados para cualquier tipo de líquido.
El flujómetro tiene un sensor de flujo de PVC, giratorio dentro de una
tubería, el mismo que transmite de forma mecánica la cantidad de
15
caudal, que al acoplarse a un sistema electrónico acondicionado,
permite obtener a la salida señales de pulso cada cierto volumen de
líquido.
Características:
Salida de pulsos;
Alimentación Eléctrica:
Max- Corriente:
Max- Carga:
Max — Temperatura:
Precisión de medida:
Protección:
NPN, PNP a 24VDC
24VDC
400mA
500Q
60°C
±1%
IP65
Conexión
PVC
80
Rango de
medida
(m3/hora)
agua
2.0-80
Rango de
frecuencia
Hz
2.66-106.44
Frecuencia
(Pulsos/
litro)
4.79
Tipo de parte
TUR 1080
Esquema
Fig. 2.3 Vista lateral flujómetro kobold
16
2.1.2.2 Flujómetro Endress + Hauser
El Fiujómetro Endress+Hauser realiza las mediciones basado en la
ley de Faraday, según lo cual un voltaje es inducido en un conductor
en movimiento dentro de un campo electromagnético. El flujo medio
corresponde al movimiento del conductor.
El voltaje inducido es proporcional a la velocidad del flujo y es
detectado por dos electrodos y transmitido a un amplificador. El
campo magnético es generado por el suministro de corriente directa
con variación en la polaridad.
Ue = B • L • v
Q-A-v
Ue voltaje inducido
B inducción magnética (campo magnético)
L gap de electrodo
v velocidad de flujo
Qcaudal
A sección transversal de tubería
I corriente
Fig. 2.4 Vista lateral flujómetro E+H
El instrumento mide el flujo de agua de forma electromagnética, lo
cual evita un constante mantenimiento como en el caso de los
medidores tipo turbina.
VDC
17
El flujómetro seleccionado para este proyecto es el tipo PROMAG
10 W, con las siguientes características:
Entrada:
Variable medida con flujo proporcional.
Rango de medida típico entre 0.01 a 10 m/s
Rango de flujo operable sobre 1000:1
Salida:
Salida de corriente activa aislada galvánicamente, valor a fondo de
escala seleccionable de 4 a 20 mA, RL<700 D
• Salida de pulsos de colector abierto, aislados
galvánicamente con valor de pulso y polaridad
seleccionable, ancho de pulso de 5 a 2000ms y
frecuencia máxima de 100Hz
• Salida de estado para señales de alarma.
Características de Salida.-
Para el caso que nos amerita, se ha configurado la señal de pulsos
para tener una equivalencia de 1 hectolitro porcada pulso.
Ancho dePulso 1 Pulso/Hectolitro
T(s)
Fig. 2.5 Características de salida del flujómetro E+H
18
2.1.3 TRANSMISOR DE DENSIDAD "ANTÓN PAAR"
El transmisor de densidad "ANTÓN PAAR" está constituido por dos
componentes principales, el instrumento transductor, involucrado
directamente con el proceso y la unidad procesadora, en función del control
y muestreo.
/Transductor de Densidad(Ubicado en el proceso)
/
/— *
/Unidad procesadora
(Ubicada en el tablero)
/
/Fig. 2.6 Componentes del densitómetro
2.1.3.1 Transductor de Densidad - DPR1000
El transductor de densidad utiliza como principio de funcionamiento
la velocidad de sonido "VS", puesto que, está definida como la
distancia "s" dividida para el tiempo de propagación T, que un
pulso de sonido necesita para pasar a través de dicha distancia.
s
t
Los pulsos ultrasónicos son generados mediante un transmisor tipo
piezo-eléctrico. Eí tiempo de propagación de un pulso ultrasónico es
medido y convertido en una señal periódica.
La velocidad del sonido y las propiedades del transductor DPRn
dependen de la temperatura, es por eso que a este instrumento se lo
puede usar también como transmisor de temperatura.
Todos los datos antes mencionados son transmitidos a la unidad
procesadora mediante un cable.
19
Características.-
Temperatura de Ambiente: -25°C a + 75°C
Humedad; 10 a 90%
Clase de protección: IP 65
Alimentación 12a 16 VDC
I < 20mA
Fig. 2.7 Vista Frontal - Transductor DPR 1000
2.1.3.2 Unidad procesadora - mPDS 1000
La señal del transductor es transportada hacia la unidad de
procesamiento y visualización, que está diseñada para medir
densidad y niveles de concentración de sustancias en procesos
industriales.
20
Esta unidad tiene incorporadas las siguientes entradas y salidas:
• 1 entrada para un transductor DPR(n)
• 1 entrada analógica de 4 a 20 mA
• 5 selectores externos de producto (32 productos)
• 1 entrada digital
• 2 Salidas analógicas
• 2 relés para límite de monitoreo
• Canal de comunicación serial RS-232.
Adicionalmente, la unidad permite el ajuste de parámetros para:
• Compensación de temperatura
• Determinación de concentración
• Monitoreo en límite alto o bajo
• Escalamiento de salidas y entradas análogas
• Aplicación específica
60 -i
40
-a 30rs
20
10
Características de Salida
Densidad vs. Corriente de Salida
D 10
Corriente
15 20 25
FIG. 2.8 Señal de Salida de Unidad Procesadora Antón Paar
mPDS 1000
21
EXTR:Uarn. Exlr
mPDS 1000Evaíuation Unít
FIG. 2.9 Vista frontal - Unidad Procesadora mPDSIOOO
2.1.4 TRANSMISORES DE PRESIÓN "ABB"
En ia Sala de Cocimiento se tiene dos transmisores de presión de iguales
características, los cuales fueron instalados para otorgar seguridad en los
procesos, tanto en la olla de Autoclave como en la Paila de Recuperadora.
Los transmisores son de marca ABB, serie 520T, con alimentación de 24
VDC y salida de corriente normalizada de 4 a 20 mA.
El transmisor de presión ABB emplea un sensor de capacitancia cerámica
herméticamente sellado, circuito híbrido de membrana gruesa.
Características del 520T
• ±0.2 % de exactitud en alcance (Span accuracy)
• Excelente estabilidad de temperatura
Límites de
Alcance (Span)
0-40 aO-160psi
Límite de Rango
en bajo
-14.7psi
Límite de Rango
en alto
160psi
Máxima Presión
de trabajo.
480psi
22
Característica de salida - Transmisor 520T
Presión vs. Corriente de Salida
120
100 -
80-
60
40
20
10 15
miliAm pecios
20 25
FIG. 2.10 Señal de Salida Transmisor de presión ABB 520T
2.1.5 ACCESORIOS GENERALES DE INSTRUMENTOS-SELECCIÓN DE CABLES
Para incluir las señales previnientes de los transmisores hacia el
Controlador Lógico Programable, y desde éste, hacia los actuadores
(electroválvulas), es fundamental seleccionar apropiadamente los
conductores que llevarán estas señales3 considerando la presencia de
interferencia causada por el ruido eléctrico, generalmente presente en un
ambiente tipo industrial, que podría eventualmente alterar el valor de dichas
señales.
Para el caso concreto de este proyecto, se ha seleccionado el cable tipo
Belden, con blindaje metálico y cubierta protectora, a fin de eliminar o
reducir la interferencia y que las señales de la instrumentación no se vean
afectadas.
En ese mismo contexto, es importante conectar el escudo metálico del
cable a la tierra del sistema, pero solamente en uno de los extremos del
cable.
23
En la tabla No. 2.1 se presenta una descripción de los diferentes tipos de
cables utilizados para enviar las señales y alimentación eléctrica desde y
hacia la instrumentación de campo.
Tabla No. 2.1 Descripción de Cables para Instrumentación.
ÍTEM
1
2
TIPO-
BELDEN,
PART
No.
9964
9966
9966
9966
8720
DESCRIPCIÓN
Cable multiconductor de 4
hilos con escudo metálico
trenzado,
aOAWGíeOOVrmsJOS0)
TOTAL -Cable tipp 9964
Cable multiconductor de 2
hilos con escudo metálico
trenzado,
22AWG(600Vrms,105°)
Cable multiconductor de 2
hilos con escudo metálico
trenzado,
22AWG(600Vrrns,105°)
Cable multiconductor de 2
hilos con escudo metálico
trenzado,
22AWG(600VrmsJ105°)
TOTAL -Cable tipo 9966
Cable gemelo con
aislamiento de polietileno-
14AWG(600V,80°C)
TOTAL -Cable tipó-8720
CANTIDAD
(m)
45
45
140
30
160
330
45
45
USO-UBICACIÓN
Señal para
Flujómetros
Señal de
Transmisores de
Temperatura.
Señal de
densitómetro
Señal de control a
Servo válvulas de
Vapor
Alimentación para
sensores de flujo
24
2.2 CONTROLADORES Y CONTADORES
En el Sistema de Supervisión, Control y Administrador de Recetas, al que hace
referencia este proyecto, existe la opción de seleccionar: Control Automático,
mediante el PLC; y Control Manual, a través de Controladores y Contadores.
En el caso de una eventual falla o desconexión del computador o del PLC, y como
medio alternativo de control, se tiene prevista la operación de consoladores y
contadores, descritos mas adelante, a través de los cuales se mantendrá el
control sobre la temperatura y volumen de agua.
Los controladores ABB y Honeywell realizan el control manual de temperatura y
los contadores Durant realizan el control manual para el volumen de agua.
2.2.1 CONTROLADOR ABB KENT TAYLOR SERIE 1900
El Controlador ABB realiza funciones de control y registro a través de
señales de salida y cartas circulares con trazadores que registran la
variación de la señal analógica.
Previa a la instalación y operación de este controlador, es preciso realizar
la calibración, configuración y programación, tanto para las entradas como
para las salidas, considerando el tipo de señal, sus valores límites y los
correspondientes valores de ingeniería.
En esta serie, existen dos tipos de controladores, con llaves de segundad y
con seguridad interna por software, que es el que se utilizó en este
proyecto.
Los Controladores ABB están constituidos internamente por una "Tarjeta
Madre" y módulos de entradas - salidas insertadas en la misma.
25
2.2,1.1 Selección del tipo de entrada
La tarjeta madre y los módulos de entradas y salidas tienen jumpers
para ser configurados por hardware de acuerdo a su uso.
En la selección de la entrada se debe cambiar dos jumpers, uno
para la tarjeta madre y otro en el módulo de entradas y salidas.
Para este proyecto necesitamos del uso de dos canales de entrada,
uno directamente de la Tarjeta Madre y otro del primer módulo de
entradas y salidas.
Al utilizar las señales de 4 a 20 mA previnientes del transmisor de
temperatura, los jumpers fueron posicionados de la siguiente
manera:
a) Para el Canal 1:
Fig. 2.11Posición deJumpers entarjeta madrepara untransmisor endos cables
2.2.1,2 Entrada para transmisores de dos cables
El módulo de entradas y salidas tiene varios pines para realizar
conexiones que de acuerdo al tipo Transmisor de temperatura
usado en este proyecto se toma el pin #4 para el ingreso de la señal
y la conexión para la alimentación del transmisor se la realiza en el
pin #6.
26
i2
3
4
5
6
7
8
9
10
n
15
FIG. 2.12 Conexión del Transmisor deTemperatura en e! módulo de entradas-salidas
2.2.1.3 Programación para una Entrada Analógica.
Para el caso de temperatura, los controladores serán programados
con los siguientes parámetros:
• Entrada de corriente de 4 a 20 mA
• Display para un rango de 0°C a 120°C.
• Detección del ±10% del rango establecido.
• La variable es manejada a baja scala al detectar un
fallo.
FLUJOGRAMA DE PROGRAMACIÓN
En la programación de los parámetros antes mencionados se debe
seguir una secuencia lógica, deshabilitando previamente cualquier
tipo de seguridad que el controlador tenga habilitado.
A Continuación se ilustra el flujograma de programación:
SETUPINPUT
(Configuración de Entrada)
SELECT(Seleción del Canal)
INTYP{Tipo de Entrada) _A_P (Corriente)
LNTYP(Tipo de Linealizado) NONE (Ningún)
rNG-HI(Valor máximo de
Entrada)
rNG-LO(Valor mínimo de
Entrada)
ENG-HI(Valor máximo de
Ingeniería)
T
dECPí(Punto Decimal)
27
20.0
4.0
120
10
ENG-LO(Valor mínimo de
Ingeniería)
*bSPd(Sensor de ruptura cordriver de protección)
+FdLP
(Detección de falla enporcentaje de Nivel)
*ENG-LO(Valor mínimo de
Ingeniería)— *•
0
NONE (Ningún)
NONE (Ningún)
NONE (Ningún)
FIG. 2.13 Flujograma de programación del Controlador
Tabla No. 2.2 Opciones de configuración.
ABB
Parámetros Acción Opciones
SELECT Selecciona el Canal PU_4Í variable de proceso en canal 4
PU_3, variable de proceso en canal 3
PFB-2, posición de retroalimentación
en Controlador 2
rSP-2, ajuste remoto en Controlador 2
PU-2, variable de proceso en canal 2
28
PFB-1, posición de retroaiimentación
en controlador 1
rSP-,ajuste remoto en controlador 1
PU-1, variable de proceso en canal 1
NONEÍ
IntYP Tipo de entrada Rtd, resistencia termómetro
tcPL, termocupla
VOLt, Voltaje
LO OH, Resistencia Baja
Hl OH, Resistencia Alta
_A_P, corriente
_ULt, milivoltios
NONE, Ninguno
LntYP Tipo de linealizado 5/2,
3/2,
SQRT,
rtD, Resistencia termómetro
tC-b, termocupla tipo B
tC-n, termocupla tipo N
tC_E, termocupla tipo E
tC_J, termocupla tipo J
tC_t, termocupla tipo T
tC_S, termocupla tipo S
tC_r, termocupla tipo R
tC_k, termocupla tipo K
NONE, Ninguno
rNG Hl Máximo valor de entrada Valor
rNG LO Mínimo valor de entrada Valor
UNITS Selección de unidades deG-F, grados Farenheit
deG-C, grados Celsius
NONE, ninguno
ENG Hi Valor máximo de
ingeniería
Valor
29
decPt
ENG-LO
bSPd
FdLP
PrGFLt
Ajuste de punto decimal
Valor mínimo de
ingeniería
Protección de ruptura de
fallo
Detección de falla
Filtro programable
Valor hasta 1000
Valor
NONE, sin protección
UP, manejador a sobre-escala
dN, manejadora bajo-escaia
Valor en porcentaje
Valoren porcentaje
2.2.2 CONTROLADOR HONEYWELL COMMANDER DR 4300
El DR4300 está construido en dos versiones, de un solo trazador y de dos
trazadores.
El DR4302, utilizado en este proyecto, tiene dos trazadores que graban los
sucesos de una variable mediante plumillas accionadas con motores de
pasos controlados por un microprocesador.
Las dos versiones de controladores incluyen un teclado y un display para
su configuración y visualización de forma digital.
2.2.2.1 Selección el Tipo de Entrada.
Para la configuración del tipo de entrada, sea de corriente o de
voltaje, es necesario realizar ciertos cambios en el hardware, a
través de "dip switchs" en "SW6" ubicados en el módulo de entradas
y salidas.
Para el caso de una entrada con señal de corriente normalizada de 4
a 20mA, la posición de los "dip switch" es la que se muestra a
continuación:
30
Tipo de
Entrada
4 a 20 mA
1
OFF
2
*
3
OFF
4
ON
5
OFF
6
ON
FIG. 2.14 Posición de dip switchs para entrada de 4 a 20 mA
2.2.2.2 Entrada para transmisores de dos cables.
Los dos transmisores de temperatura utilizados en este proyecto van
conectados en los módulos de entradas- salidas en la regleta de
conexiones TB2, como se indica en la figura siguiente:
transmisornA
A t
TB2
FIG. 2.15 Conexión del Transmisor de Temperatura en la regleta
TB2 del módulo de entradas-salidas
31
2.2.2.3 Flujograma de Programación
En la programación de una entrada analógica se deben configurar
ciertos parámetros importantes, tales como: Unidades de
temperatura, localidad de decimal, actuación, rango de valores en
unidades de ingeniería, bias o compensación de la variable, filtro y
Burnout.
SETUP
IN TYP(Tipo de Entrada)
XM1TTR(Tipo de linealízacíón)
LD CAL(Valores deCalibración)
INP Hl(Valor en alto para la
variable)
INP LO(Valor en bajo para la
variable)
BIAS(compensación)
FILTER(Filtro Digital)
BRNOUT(protección de fallo)
DECMAL(Número dedecimales)
UNITS(Unidades de la
Variable)
xxxx.x(1 decimal)
4-20(4 a 20 mA)
Lin(Lineal)
(uso de valor decalibración^
120
Calibración en Campo
No Filter(Sin Filtro)
NONE(Sin protección)
NONE(Ninguno)
FIG. 2.16Flujogramapara laprogramaciónde unaentradaAnalógica enelControladorHoneywell
Opciones de configuración.
32
Parámetros Acción Opciones
DECM Ajuste de punto decimal XXXX, sin decimal
XXX,X, un decimal
XX,XX, dos decimales
UNITS Ajuste de unidades NONE, ninguna
F] grados Fahrenheit
C, grados Celsius
INTYP Tipo de entrada B] termocupla B
EH, termocupla E, rango alto
EL, termocupla E, rango bajo
JH, termocupla J, rango alto
JL, termocupla J, rango bajo
KH, termocupla K, rango alto
KL, termocupía K, rango bajo
NNM, termocupla NiNi
N!C, termocupla Nicrosil
R, termocupla R
S, termocupla S
TH, termocupla T, rango alto
TL, termocupla T, rango bajo
W, termocupla W
100H, RTD-IOOohmios, rango alto
100L, RTD-IOOohmios, rango bajo
100T, RTD-IOOohmios, rango
especial
4-20, Miliamperios
0-20, Miliamperios
10m, Milivoltios
100m, Milivoltios
200m, Milivoltios
0-1, Voltio
33
XMITTR
LOCAL
INP Hl
INP LO
BIAS
FILTER
BRNOUT
Linealización de la
entrada
Ajuste de valores de
calibración
Valor alto de entrada
Valor bajo de entrada
Compensación a la
entrada
Filtro digital ajustable
Protección a fallas de
entrada
0-2, Voltios
1-5, Voltios
0-5, Voltios
0-10, Voltios
2-10, Voltios
UN, Lineal
SRT, raíz cuadrada
FAC, calibración ajustada
FLD, calibración en campo
Valor
Valor
Valor
No Filter, sin filtro
1 a 120 segundos
NONE, Ninguna
UP, corrección a sobre escala
DOWN, corrección a bajo escala
2.2.3 CONTADOR DURANT MODELO 45610-400
Los contadores son dispositivos que realizan el conteo de los pulsos
enviados por los flujómetros; y en función del resultado de esa medición,
provocan salidas para el cierre o apertura de válvulas en forma automática.
El Durant 45610-400 es un contador de impulsos que dispone de una
entrada para el conteo de pulsos y un selector para escoger el modo de
operación aditivo o substractivo.
Este contador puede ser configurado para realizar el control por conteo de
pulsos o por tiempo, desde 0.1 segundos hasta 9999.99 minutos.
34
FIG. 2.17 Vista Frontal del contador Durant 45610
2.3 CONTROL DE VOLUMEN DE AGUA
2.3.1 FUNCIONALIDAD
El control de volumen de agua en la sala de cocimiento puede hacerse de
modo "manual" o "automático". Mediante este sistema se elaboró el ingreso
de agua en:
• Olla autoclave (PLC Macerador)
• Tanque macerador (PLC Macerador)
• Rodillos (PLC Macerador)
• Tolva de malta (PLC Macerador)
• Filtro Leuter (PLC Filtro)
En la posición "manual" se ponen en funcionamiento los contadores, que
son previamente programados por el usuario y emiten una señal para el
cierre de la válvula respectiva al ingresar la cantidad de agua programada.
El aviso de cierre de válvula se hace con la apertura de un contacto en el
35
contador, el cual ingresa a un módulo del PLC, que ejecuta el cierre de la
válvula.
En la posición "automático", los datos de cantidad de agua son enviados al
PLC respectivo desde la Receta almacenada en el PLC Supervisor.
La selección de posiciones, manual o automático, es ingresada a un
módulo del PLC mediante un selector.
Los pulsos del flujómetro son censados en el contador y el PLC
simultáneamente a través de un relé.
2.3.2 ALGORITMOS DE CONTROL
Los algoritmos programados en el PLC siguen la lógica presentada en los
flujogramas indicados más adelante.
Todos los controles, en modo automático, actúan posterior a la recepción
de datos de receta por parte del PLC Supervisor; y la orden de cierre de
válvulas de agua se produce al terminar el conteo de pulsos de cantidad de
agua.
36
Ingreso de agua en Autoclave
/ Arranque de Control \e Agua en Autoclave./*
Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)
Envié datos de Recetade PLC Supervisor
NORecepción del
dato de Recetas
SI
Carga del dato derecetas en el PLC
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FE4"
Apertura de Válvula deagua - "V6"
Cierre de Válvula deagua-"V6"
Carga de Dato deReceta
ngreso de agua =Dato Receta
FIG. 2.18 Fíujograma -lógica de control para Volumen de agua en
Autoclave
37
Ingreso de agua en Macerad o r
'Arranque de Controlde Agua en
v Macerador.
Seleccionar modo deoperación (Man~Auto)
NO
Envié datos de Recetade PLC Supervisor
NORecepción del
dato de Recetas
Carga de Dato deReceta
Carga del dato derecetas en el PLC
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FES"
Apertura de Válvula deagua-"V10"
ngreso de aguaDato Receta
Cierre de Válvula deagua-"V10"
FIG. 2.19 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en
Macerador
Ingreso de agua en Rodillos
/^Arranque de ControPxf de Agua en Enjuage 1V de Rodillos
Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)
SI
Envié datos de Recetade PLC Supervisor
NORecepción del
dato de Recetas
Carga del dato derecetas en el PLC
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FE2"
SI
Cierre de Válvula deagua-"V8"
SI
Apertura de Válvula deagua-"V8"
ngreso de agua =Dato Receta
Carga de Dato deReceta
FIG. 2.20 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en
Rodillos
39
Ingreso de agua en Tolva de malta
/Arranque de ControN(de Agua en Remojo de 1V Malta. _/
Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)
Envíe datos de Recetade PLC Supervisor
Recepción deldato de Recetas
Carga del dato derecetas en el PLC
Carga de Dato deReceta
Arranque de Contadorde pulsos de agua-
"FE1"
Apertura de Válvula deagua - "V7"
ngreso de agua =Dato Receta
SI
Cierre de Válvula deagua-"V7"
FIG. 2.21 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en
Tolva de Malta
40
Ingreso de agua en Filtro
Recepcion_Datode Receta
Carga de Dato deReceta
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FE511
Apertura de Válvula deagua-"V16"
Fin de conteo depulsos de agua
Cierre de Válvula deagua~"Vl6"y/o"V18"
Arranque de Control deAgua en Filtro
Recepcion_Datode Receta
SI
Carga de Dato deReceta
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FES"
Apertura de Válvula deagua-"V16"
Fin de conteo depulsos de agua
SI
'
Cierre de Válvula deagua-"V16"y/o"V18"
Recepcion_JDatode Receta
Carga de Dato deReceta
Arranque de Contadorde pulsos de agua -
"FE5"
Apertura de Válvula deagua -"V16"
Fin de conteo depulsos de agua
SI
'
Cierre de Válvula deagua-"V16"y/o"V18"
FIG. 2.22 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en
Filtro
41
2.4 CONTROL DE TEMPERATURA
2.4.1 FUNCIONALIDAD
EL control de temperatura se realiza en los siguientes tanques:
• Autoclave
• Macerador
• Paila Recuperadora,
en donde se incrementa o disminuye la temperatura de acuerdo al punto de
ajuste que el usuario ingrese en la interfaz. El control se realiza a través de
bloques reguladores PID's configurables.
La señal de los transmisores de temperatura ingresa a las entradas
analógicas del PLC para ser procesada y posterior controlar el cierre y
apertura de válvulas de vapor.
PLC
RTD
FIG. 2.23 Señal de transmisor de temperatura hacia el PLC
La señal de salida del PLC que controla la temperatura es transmitida en
forma de corriente hacia los transductores I/P (corriente a presión)
respectivos que operan sobre las válvulas de vapor.
Transmisor deTemp eratura (TT1)
Regulador PID -PLC Macerador
Transductor de Válvulade Vapor (V3)
FIG, 2.24 Control de Temperatura en Autoclave
42
Transmisor deTemperatura (TT2)
Regulador PID-PLC Macerador
Transductor de Válvulade Vapor (V13yV14)
FIG. 2.25 Control de Temperatura en Macerador
Transmisor deTemperatura (TT3)
Regulador PID -PLC Macerador
Transductor de Válvulade Vapor (V31)
FIG. 2.26 Control de Temperatura en Mezcladora de agua
Transmisor deTemperatura (TT5)
Regulador PID -PLC Macerador
Transductor de Válvulade Vapor (V26)
FIG. 2.27 Control de Temperatura en Paila Recuperadora
Los reguladores PID son funciones FB en la programación de los PLC'S y
se usan dos FB'S para control continuo de tipo CONT_C en la olla de
Autoclave y Paila de hervir y un FB para control proporcional de tipo
"PULSGEN" para el tanque Macerador.
Los bloques de regulación suponen una regulación solamente de software,
es decir, un bloque contiene todas las funciones del regulador. Los datos
necesarios para el cálculo cíclico están almacenados en los bloques de
datos asociados. De esta forma es posible llamar varias veces los FB.
E! FB "PULSEGEN" se combina con e! bloque FB "CONTJ3" para obtener
un regulador con salida de impulsos para atacar actuadores
"proporcionales" como es el caso de las válvulas en e! tanque Macerador
(V13y V14).
Un regulador realizado por medio de los FB'S se compone de una serie de
funciones parciales parametrizables por el usuario. Además del regulador
con su algoritmo PID, los FB incluyen funciones de acondicionamiento de
43
valor de consigna, de valor real así como de la magnitud manipulada
calculada.
Una regulación creada con los dos bloques mencionados es neutra, por
principio, en cuanto a sus posibles aplicaciones. El rendimiento de
regulación y con ello la velocidad de procesamiento depende únicamente
de la potencia de la CPU utilizada.
Para una CPU dada, es necesario encontrar un compromiso entre el
número de reguladores y la frecuencia de procesamiento de cada uno de
ellos. Cuanto más rápidos sean los lazos de regulación, es decir deban
calcularse con mayor frecuencia las magnitudes manipuladas por unidad
de tiempo, menor es el número de reguladores instaiables.
Existen restricciones relativas al tipo de proceso a regular. Los bloques de
función se aplican a sistemas inerciales (temperaturas, niveles de llenado,
etc.) así como a sistemas muy rápidos (caudal, velocidad de rotación, etc.).
2.4.2 ALGORITMOS DE CONTROL
Temperatura en Autoclave.
44
Arranque del Controlde Temperatura en
Autoclave
Habilitación del PID-Autoclave
FB 58
Señal de 4 a 20mAdel
PLC_MaceradorSalida Analógical.
Acción del P1D sobreválvula 3
FIG. 2.28 Flujograma- lógica de control de temperatura en
Autoclave
45
Temperatura en Macerador.
Arranque del Controlde Temperatura en
Macerador
Habilitación del P1D-Macerador
FB 58
Habilitación delGenerador de
Pulsos.FB43
Envío de valores de lasalida del PID hacia
entrada del Generadorde pulsos.
Acción del generadorde pulsos sobre
válvula 13
Acción del generadorde pulsos sobre
válvula 14
FIG. 2.29 Flujograma — lógica de control de temperatura en
Macerador
46
Temperatura en Mezcladora de Agua.
Arranque del Controlde Temperatura enMezcladora de agua
Habilitación del PID-Mezcladora
FB58
Señal digital depulsos crecientesPLC_MaceradorSalida DigitaH.
Señal digital depulsos
decrecientesPLC_MaceradorSalida Digital2.
Apertura de válvula Cierre de válvula
Acción sobre VálvulaV31
FIG. 2.30 Flujograma - lógica de control de temperatura en
Mezcladora de agua
47
Temperatura en Paila Recuperadora.
Arranque del Controlde Temperatura enPaila Recuperadora
Habilitación del PID-P. Recuperadora
FB 58
Señal de 4 a 20mAdel PLC Filtro
Salida Analógica"!.
i
Acción de
>
PID sobreválvula 26
FIG. 2.31 Flujograma - lógica de control de temperatura en Paila
Recuperadora
2.4.3 PARAMETRIZACIÓN DE PED'S
Los controles de Temperatura están dentro de bloques de función TB" los
mismo que están asociados a bloques de datos DB, en los cuales se
ingresan datos de configuración del P!D haciendo doble clic en el "DB"
dentro del programa de bloques o en la opción "Parametrización de
Regulación PID" dentro de la carpeta "Step 7" del S1MATIC.
La parametrización de PID'S consiste principalmente en dar valores a las
constantes proporcional, integral y derivativa e indicar los valores de ciertos
parámetros los cuales se presentan a continuación:
El tiempo de muestreo del controlador es ingresado en el parámetro
"Controller sampling time" en valores de segundos y el ancho de banda
muerta del control se ingresan dentro de "dead band widht", como se
presenta a continuación;
Controller sampling time; | 0.1 s .Dead band width: j O
Las variables del proceso son configuradas en el cuadro "Process Valué"
donde se activa o desactiva la entrada y salida poniendo un visto en
"Actívate I/O", el modo de entrada y salida es seleccionado en "I/O mode",
finalmente a la variable de entrada se la multiplica por una constante en
"Factor" y se compensa en el parámetro "Offset", tal como se visualiza en el
siguiente gráfico;
-¡ lúceos vdiut; — • •
F Actívate I/O
1/0 mode
Climatlc ^J
- ^prj§rrJgÍ liM^m^@^ --BímClímaticCurrent/voltaqe
Factor: ! 1
Offset: ] 0
Los parámetros de PID son ingresados en el cuadro posterior donde se
ingresan valores de constantes de Ganancia en "Proporcional Gain",
49
constante de Integración en "Integral Time", constante derivativa en
"Derivative time".
Además se ingresa una constante de multiplicación para el valor de
SetPoint en Tactor for setpoint change", factor derivativo en "derivative
factor" y habilitar o deshabilitar el inicializado de la acción integral en
"Initialize integral action" con un valor de inicio en el parámetro "Inicial
valué" en porcentaje.
I IU 1 dlalliCLtíli.
Proportional gaítr j
Integral time; j
Derivative time: J
í"~ Inítialize integra! action
•] hactor íor setpoint ]change: '
0.1 s
2 s Derivative factor: J
Initisl valué: j
1
5
0 %
La zona de control es habilitado poniendo un visto en "Enable" e indicando
un valor del ancho de la zona, tal como se presenta a continuación:
L,UI.H.IUI,¿JJMB ,'
•.;P" .Enab]e . . / - . , Width: j 100
A la variable manipulada o de salida se ingresa un porcentaje de limite
máximo en "Upper limit", porcentaje de limite mínimo en "Lower limit",
constante de multiplicación en "Factor" y compensación en "Offset".
ividnipuieiiBU vdiiduie
LJpper limit:
Lower limit:
) 100 %
j 0 %
Factor:
Offset:
I 1
I
El Generador de pulsos es habilitado en el cuadro "Pulse Generador"
colocando un visto en "Enable" acompañado del ingreso de variables como
50
tiempo de muestreo en "Sampling time", mínimo tiempo de ruptura en
"Mínimum pulse/break" y el periodo en "Period".
i uii-t utiieicnuí —
I"* Enable
Sampling time:
Mínimum pulse /bieak |time: '
0.02 s Period: j
0 s
1 s
2.5 CONTROL DE DENSIDAD
2.5.1 FUNCIONALIDAD
El control de densidad se realiza en la Paila de Hervir. Debido a que es la
última etapa del cocimiento de la cerveza, el líquido final se debe enviar a
los procesos posteriores con ciertos requerimientos de densidad
configurables desde la interfaz por parte del usuario.
El control de densidad es programado con bloques lógicos, los cuales una
vez que sean arrancados por el usuario controlan la secuencia de hervido,
el mismo que al llegar a sus valores de setpoint enviados por la receta,
deshabilita las acciones de hervido y activa un aviso indicando que el
líquido está listo para el envió a los siguientes procesos en bodega de frío.
51
2.5.2 ALGORITMOS DE CONTROL
Arranque del Controlde Densidad en Paila
de Hervir
Apagado deprogramas de
hervido.
Aviso de liquido Listo ala interfaz.
F1G. 2.32 Flujograma - lógica de control de densidad en Paila de
Hervir
52
2.6REDDEPLCTS Y ARQUITECTURA
Para este proyecto se ha construido una red de PLC's incorporando, a la
anteriormente existente, un PLC-Maestro para realizar acciones de Supervisor y
almacenar datos extensos de Recetas.
La red es de tipo Ethernet y es utilizada para proporcionar gran rapidez y
potencialidad en el intercambio constante de datos.
2.6.1 DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE RED
La red LAN ¡mplementada es la Industrial Ethernet, con topología tipo bus;
en la cual, cada nodo es juntado a través de módulos eléctricos de Red,
que sirven como HUBs industriales.
Esta red Lan está constituida por 4 PLC'S; a saber; PLC-Macerador, PLC-
Filtro, PLC-Silos y PLC-Maestro. Adicionalmente, a esta Red se han
incorporado dos extremos de computadoras: PC-Silos y PC-Recetas.
51
PLC
57
- 3
00 C
PU
314
M
AE
STR
O-
SU
PE
RV
ISO
R
CO
MU
NIC
AC
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TC
P/I
P
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RT
TA
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0/1
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MC
pl
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ND
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ETH
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T)
[> —
i K
P —
TI 8H
PLC S7-300 CPU 314 IFM FILTRO
PLC S7-300 CPU 314 IFM MACERADOR
PLC S7 - 300 CPU 313 SILOS
FIG
. 2.3
3 E
sque
ma
de la
Red
im
plan
tada
52
2.6.2 PLC SIMATIC S7-SÜPERVISOR
El PLC -Supervisor o Maestro es utilizado con el fin de administrar los datos
que el computador Recetas envía a los demás PLC'S.
Está programado con una función cíclica para enviar o recibir datos cada
cierto tiempo.
El bloque defunción FB14 "GET" es programado para la recepción asincrónica
de datos en un tiempo indicado.
El bloque de función FB15 "PUT" es programado para el envío asincrónico de
datos en un tiempo indicado.
Los bloques FB14 y FB15 son programados utilizando una dirección de enlace
al módulo CPU que va a acceder y la memoria a la que se va a depositar.
Ethernet(t)Industrial Ethernet
MPl(1JMR
!
._ , — -_
j¡ FILTRO;' ' íSTifl cpu! IPilU 314 IFi: Mi! B
:p •43-1 ,
• !
i B
ii
i
r¡
•
1 '
1
MACERADOR:CPU314 1FM
•
:p43-1
T
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\
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iii.
SILOSCPU C313 3
1• 1
P43-1
r1
2
*
1in
PCStationOPC Server
E
:P813
B 1
i
Supervisor :CPU314
•8
CP43-1
Tm
•\~\ §g3
aji l
Recetas ¡OPC Se (rver
E
;pei3
i
FIG. 2.34 Pie Supervisor y equipos interactuantes
CPU
SILOS
FILTRO
MACERADOR
SUPERVISOR
Direcciones IP
140.80.0.1
140.80.0.4
140.80.0.3
140.80.0.7
53
PC
S¡Ios_PCStation
Recetas
Direcciones IP
140.80.0.2
140.80.0.8
FIG. 2.35 Direcciones IP de CPU'S y PC'S
2.63 PROGRAJVIACIÓNDELS7-300
En la programación del Simatic S7-300 se ha utilizado el lenguaje KOP el cual
sigue los principios del lenguaje "Esquema de contactos" (en inglés Ladder
Logic) fijados en la norma DIN EN-61131-3 (int. IEC 1131-3).
La ¡nterfaz de programación es presentada en el gráfico siguiente y en la parte
derecha está la librería de funciones.
^ - [FC1 -SIMVÍTCJIETJCPVCP 30Q]
S- Ffe E* Insett PLC Debug Vlew Optkxu Window Help
D|Q£ÍS-!HÍ reí Hi-M-olEiíuMHDeelaratíoft Xnttlal volme
reí : Tiele:
3fetiiark J^: TiCle:
tí) Hew networf;
ItUjS Comparas»B t*3 Converter
-O 8CDJO I BCD
B BCD_D1- B DLBCD
¿wvj
-B NEGJ-B NEG oíBNEGJIB ROUNDB TRUNC
-QCEILBFLOOR
Sl{3g CounterFf
K0] Integcrfct.E (íiJ Floaíing-poirt fct.E- £3 Move¡t'-Ej Program contiolK- (si Shít/Rotater¿ Si Status bisÉ QíJ T¡rnersSiS Wordlotfc
FIG. 2.36 Interfaz de Programación - Step 7
54
CAPITULO 3
CONFIGURACIÓN DE LAINTERFAZ HOMBRE- MÁQUINA
3.1 COMUNICACIÓN PLC - COMPUTADOR
Para enlazar el computador a la red de PLC'S se debe añadir una tarjeta de tipo
Ethernet. El modelo de tarjeta que se ha escogido en este proyecto es la tarjeta "CP
1613" la misma que es insertada en el puerto PCI del computador y reconocida como
hardware con su respectivo "driver".
El computador utilizado en este proyecto es de marca "DELL" configurado con puerto
PCI libre para la incorporación de la tarjeta Ethernet antes mencionada.
Para configurar la nueva estación "PC Recetas" se utiliza el configurador de
Estación " Station Configuration Editor" que es parte del software de la tarjeta CP
1613 "SIMATIC NET" para agregar todos los componentes de la estación.
La estación "PC Recetas" tiene dos componentes en el configurador de estación: un
traductor de lenguaje de PLC'S ai lenguaje de aplicaciones o interfaces gráficas,
llamado "OPC Server" y la tarjeta "CP 1613" que corresponde al medio físico por
donde ingresan y salen los datos a la red.
En el gráfico siguiente se presenta a los dos componentes de la estación, el estado
en modo "correcto" bajo la columna "Status", el estado en "Run" bajo la columna
"Run/Stop" y la verificación de buena conexión bajo la columna "conn".
55
dxroorertt j Dieyottlc» ¡
Slatbrt Seeetat JRÜÍCf""
; OPCSsmCPIB13
ílotioo narae ñ(\
M, „. ' ,
Mí.. \. 3.1 Configurador de estación "PC Recetas"
El enlace de la Interfaz "intouch" con los PLC'S se la realiza a través del utilitario
"I/O Servers" donde se configura a los denominados "Topics" en la ¡nterfaz, a través
de los cuales se va a establecer la comunicación. En este proyecto se enviará y
recibirá datos de receta al PLC Supervisor, el cual es configurado como elemento
¡nteractuante con la Interfaz en la opción "S7 Topic Definition" de los I/O Servers.
57 Topfc Definftfon ,
CP-Home: ¡CP1613[RFC1006]T]
VFD: ¡OPCSeiver ^
ConnscHon: ¡Enlac* S7_4 _£J
Updatelnletvat ¡1000
Enable access lo updale interval: Í"~
Read cooliguout 10: P
CycEcSeivfcBS
•BtockSecvicet-
InaWVabetTimeDUt ¡5K» ms
Update TimecxA Í5COO mt
•Poke mode
f~ Cootrtrimode
1™ Ttanikion mods
í*1 Fui oplimizalbn
r DisaHeAII
(~ EnaUe Alaitn»
í1" Enable Evenlt
FIG. 3.2 Configurador de Tópicos.
56
En la pantalla de los "I/O servers" se indican los PLC's configurados con estado
correcto bajo la columna "Status", el número de variables bajo la columna "ítems", el
número de errores bajo "Error" y el estado completo de la escritura bajo la columna
"Write Status".
; C:\0oc(jments and Settings\ca614usiAMis documentos\Recetas\..,
File Configure Data View Help
P|TopiC Status Rems ¡ Errors. j WriteStatus^j
RLTROMftCERADORSUPERVISOR
GOODGOODGOOD
31224
O completeO completeO complete
Ready INUH
FIG. 3.3 I/O Server
3,2 ADMINISTRADOR DE RECETAS "KECEIPE MANAGER"
El administrador de Recetas "Recipe Manager", es una página extendida como
interfaz de usuario que se usa para crear y mantener archivos temporales de
recetas.
Se denomina "Plantilla de Receta" al archivo en donde se crean Recetas que
interactúan con variables y unidades.
Las unidades "UNIT" son bloques de almacenamiento en donde, a través de una
variable definida como "tag" en el Intouch, envía o recibe datos de la receta.
El dimensionamiento de una Plantilla se lo hace en la opción "Preferentes" del
Recipe Manager donde se indican el número de ingredientes, unidades y recetas.
57
Preferenees
Máximum ítems: ][]£
Máximum Uníts: ]4
M axirnum R ecipes: ÍT^
Cancel
FIG. 3.4 Dimensionamiento de la Plantilla de Recetas
La plantilla de recetas es configurada en tres partes, definición de la plantilla,
definición de Recetas y definición de unidades.
En la definición de la plantilla se colocan los ingredientes de la receta bajo el
encabezado "ítem Ñame" y el tipo de dato en cada una bajo "ítem Type". En este
proyecto todos los datos de ingrediente son de tipo analógico.
58
^flec ¡pe .Marrara r - C:koe límenlo ,«*,Fíe E* OptkXW Wndow Help
Cantidad de Airoz
.É^TehiplateOcfinítiDn . . " . . , CÍE
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Cantidad de Arrol
Cantidad de Agua
Temperatura 1_Autoclave_BÜ( a
Tiempo Tender atura 1_Aulodave
Terrpeielua 2_ Autoclave tetpotoa
Tiempo_TerrpeiBtura 2_Autodave
Tempeíalua 3_Autodave_lubi a
Tiempo Tenxwatura 3_Autodave
terr(«atura 4_ Aulodavejeipoto a
Tíempo_Temper atura 4_AutocIave
TempetafuraS Autoclave BU a
Tion(xJ_Teir(ieialura S^utodave
Temperatura G_ Autocfavejetpoto a
Tierrpa.Tempeíatura 6_Autoclave
Cantidad de Mala Maferad»
Cantidad de Agua Baie.Macetador
Cantidad de Agua Remojo Maceíador
Cantidad de Agua Eniuague.Macaadci
Tenpeíatural Maceradoi lepotoa
Tieopo_Iert»ier atura 1_MaceiadoJ
Temperyura 2_Meceiado' B*ir a
Tiempo Temperatura 2_M aceradoi
Tefroeíatuí 3_Maceiaifcr_reipúia »
T»mpo_Tempei!>lu'a 3_Maeeiad»
Tempeíalüra 4 Macerado" ni» a
Iiamp«_Teriv>a(atua 4 Macerada
lenperaturaE Maceiado'jeipotD a
Tiempo Temperatura 5_Maceiador
Terrpaaliía 6_Maceiadt)"_nti« a
!«T(xj_Ternpe(atura G Macerada
Tmcaatura 7_Maceiado'_repoto a
TierT^JWeralura? Macerada
Temperatura B Macerador_»upir a
Tieiííio_Teírp«alua B_Maceradoi
Temperatura Recuperado' a
LupJo entiacto
LuputoPektt
Lúpulo Hopacom
Demided_paía de herví
Tenveralura_paJa de hervir
Agua Baie_F»io
Plímeta eyít_ftia
SecM>da agua.Fíro
llemType
Anatog
Analog
Anabg
Analog
Anatog
Anatog
Analog
Anatog
Analog
Analog
Anatog
Anabg
Analog
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Analog
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Anabg
Analog
Anabg
Analog
Anatog
Analog
Anabg
Anabg
Analog
Analog
Anatog
Anabá
Anabg
Anabg
Anabg
Analog
Anabg
Analog
Analog
Anifog
Analog
Analog
Anatog
Analog
Anaiog
Anabg
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Ml&in l!WMl ^ ^ í3'áÍ!É
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i Iem36
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í Iem40
• lem*1
i ten 42
ítem Ñame
Cantidad de Ano*
Cantidad de Agua
Temperatura 1_Autodave lubir a
Tíerroo Tenpcatua 1 Autoclave
Temperatura 2_Aulodsve_le<poio a
Tieroo Tenxieratua 2_Auloclave
Temper atina 3_ Autoclave niara
Tienxio Temperalna 3 Autoclave
Teirperatura 4 Autocfave reípoioa
Tiempo_Teirc«aiu!a 4 Autoclave
TemperaiuraS Autocfave lubia
Tiempo TemperaluraE Autoclave
T erreer atura 6_ Autoclave letpoioa
r-empo.Temfwratura G.Autoclave
CanlUad d« M4*s_Msc«ado.
CanliW de Agua Bate Maeeíadw
Csnlidid rfeAgua flennjo Mflcemdci
C*VMad deAgüa Erjuague Maesada
T«rf»iJua 1 Maceiad» repoto a
Tiendo Tempeíalural Maeefsdoi
Tempeíalura Í.Macwsdo' lubia
T iefroo...Terrpeiafijra 3_M ace(*ii«
Tendel atura 3_M»ceí»dotje«)OiO a
!lempo_Tetií*!aluia 3_M»Cei9ií¡''
Teiroetatua 4_Macendüí_tub« a
Tiempo lempeíatura 4_Mac«adoi
Teirpeíaluia 5 Maceíador ren»to a
Tb^xi Tenvc.3h.a5 M«e>ada
Tenpeíalua G Mace)**» tutíra
Tiefroo TefT(ieia<ura G Maceíada
Teinpeíalura? MKHHÍ» lepoioa
Tiempo Tempetalua? Maceíadoí
TeircH^cxse.MacHads tut¿a
Tiempo Terroefatura B Macerado
T empeíalura fiecupetadoia
Lúpulo exilada
Lúpulo Pelel!
Lúpulo Hopaiom
Dewkiad.pala de hervi
Ttmpeíatuajiala de heiyir
Agua Bate Ffcra
Prirneíaagua Fíio
llemType
Analog
Analog
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Anatog
Aratog
Anatog
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ferr.32
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CarKdaddeAnoi
CamidaddeADua
TenoeHíiía 1 Autoclave RÜa
Tiempo.TBiveiafura 1 Autoclave
Temperatua 2_ Autoclave leipoioa
TieTpo_Teir(ie!atufa 2_Autodave
Tempeíaluia 3_ Autodave_tubii a
Tienx» Tempeíatufa 3_Autodav8
lenocaaima 4 Ai/odaveje«x)to a
Tiempo Tempoa>ua 4_Autodave
Twr(>«a(ura 5 Autoclave tubia
T<empo_Tefli<>«a!uta 5_Autodave
Teiroeíatura G Autodavejetpoto a
Tiempo lemperadjra G^uJodave
Cantidad de Maka_Mace>adof
Canlidad de Agua B a»_Maceiador
Cantidad de Agua HemOfO^Maceadw
Cantidad de Agua Er uague^M aceíadoi
Tempeíalua l_Maceiadoi tepoioa
Tienpo Teiqxfatual Maceíador
Terreer atura 2_Maceradoi_tul« a
Tiertflo_TeiT(>eialuia 2_Maceiador
lempa atura 3 Macetadoi («poda
T'empo.Temperalua 3_Mace.ador
lenveíalura 4_Haceiadoi_tttii a
T-errco Temperatua 4_Maceiadoi
Twrpwalura 5 Msceíador leípoto a
Tiempo Tempelal^aS Macerado
TarperaturaG Macerador BU a
Tiempo TemperaiuaG Macetador
Tenpeí atura 7_Maceradoijepoto a
Tiempo.! entwatura 7_Macerad»
Tetrpetalura 9 Macerador BU a
Tiempo Tempe! atura 8_Maceiedot
Temperalua decuperadora
Lupufa errado
Lúpulo Pelel!
LupJa Hoparom
Demidad_paía de hervi
Teneetatuia_pala dt herví
AguaBau F«ro
Rinieía aguajíío
ItemType
Analog
Analog
Analog
Analog
Analog
Analog
Anatog
Analog
Analog
Analog
Anabá
Analog
Anabg
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Analog
Analog
Analog
Analog
Analog
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Analog
Analog
Anabg
Anabg
Anabg
Analog
Anabg
Anabg
Analog
Analog
Anabg
Anabg
Anabg
Analog
Anatog
Anabg
Anabg
Anabg
Anabg
Analog
Analog
Unitl
Autoclave
InglAc
lng2Ac
IngaAc
lng4Ac
IngSlc
IngGij;
IngTAc
1ng8Ac
IngSS*
Ing104c
InglIAc
lng12Ac
IngISAc
Ing14Ac
*,
1
v
;<' --i > .;.|< - > • -
FIG. 3.5 Plantilla de Receta
La definición de recetas se la realizó en la ventana "Recipe Definition" en la que se
definen nombres de recetas para cada instancia de una receta y la cantidad
requerida para cada ingrediente usado en la misma. Estos valores pueden ser
modificados, creados y borrados en ejecución de la interfaz mediante funciones de
receta.
Las recetas incluidas en esta plantilla son: Pilsener, Pilsener Light, Dorada, Club,
Clausen y Pony Malta.
59
U Recipe Uanagci • C;ta>clmltinto.cív • [Recipe Ocflnti Ion]J Fte Eck Optiool Vrtndow Hdp
!
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«i)36
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«A -ti
en 42
em«
01)4,4
Pllsenerl
Itera N*ne
C**d*fdeÁnoz
CarWaddeAoua
Terrpetatua l_ Aulocüvo_ni)i a
T«fnpo_Ien<waluia 1 .Autoclave
leroeraiiiia Z_ Aulodflve_ie»poio a
Tiero>o_Terrc«iatufa 2_Aiíoclave
Tenperatuia 3_Autoda*e_tubi a
TbiWLleirpeíaluiB 3>JJtoct»<e
Teneaalura *_ Ai/ockvejewwo a
rienpo_Tciipeialuia 4__Autod*Ye
fenpeí atina 5_Autodavo_njl«i a
Tiefnpo.IeT'eíatuia S^Auloílave
Tenpeatua 6_AUodsve_JBipo«j a
Tiempo_Ierr»)eia(ijia G_Auíoclave
Canfidad de Hala.MacBador
CanUdtd d) Agua B4n_Mses*do<
^rW*d ds Agua R»moio_Mseei»doi
IwiiatddeAouiEfiusgue.HiCíiadQi
I«rp«atu» l.MiCeií'ioijepoio a
IÍHnpci_reir(«iatun 1_Hac«ailc<
Ter()e(a(ija2_M»Cfi*lw_tLÍiia
Iien«)o_Twnpei4tura 2_Mac«sJc(
T eirpwaiuia 3_M sc«4íl"_ieipQ» a
Tiempo mipeíali" 3,Hacwada
lefrpnalua l_M*cei»doi_ui« a
TiwipCLTemfMMlua l_M»eB*cJor
r«7pa*«s5-MacB*J«j«poioa
T«JPH.r«r*'*islufa S_M»CH*i»
TerrpHaluia B.MaCHadiM.Bjb'' a
Tien<id_rBrti»alüia EJAecnada
lenpefalufa 7_Maeei«fc"J««« a
[innpn_I«r(«l9hia 7_Ma£eradcí
'orocfatua S_Mjtpi<i)f_HJti a
rienoo^Terroeíalua SJiacaaioi
'wroeíalua Becupendwa
.w>ío etóscto
LMxioPBkJi
,upJo Hetmán
Demkisijiaia de fiavi
Tarc«alua_pjia * h«vi
AQUÍ Baie Jfco
Pilmaa a0ua_Fltio
iegunda aguaJUro
Taeeia aguajiro
ItsmTw*
Analoo
Anateg
Analog
Anatog
Anatog
AriíJog
AruJog
AivJog
Andog
Amtoa
Andog
Andog
Analog
AiwJoí
A/KÍ00
Analofl
Anatog
Analog
Anaiog
Anabg
AivJog
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AivJog
Anafcg
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Anítoc
Anáog
AnaJog
Anáofl
Araioj
Anáog
Anííog
Analog
Afufog
AruJog
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Analog
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Arabg
Anakw
Anatog
Anatea
Anatog
Anobg
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40
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Recipe 4
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10
20
X
40
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BO
90
100
Recipe?
Dauwnl
Recipe B
Q*jten2
10
20
30
40
50
BO
70
80
90
100
10
20
30
40
10
20
30
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50
60
70
BO
30
100
HeW12
1i*
---
«
FIG. 3.6 Definición de Recetas
La definición de unidades es realizada en la ventana "Unit Definition", que sirve para
asociar "tagnames" o variables de interfaz con ingredientes de Recetas, Tres
definiciones han sido creadas: autoclave, macerador y filtro, a éstas se las denomina
unidades.
La unidad "autoclave" contiene los datos de ingredientes de la olla autoclave, la
unidad "macerador" contiene datos de ingredientes del tanque macerador y ¡a unidad
"filtro" contiene datos de ingredientes del tanque de filtro, paila recuperadora y paila
de hervir.
60
Pf Recipe' MaiMEer • (Mcoeimtenlo.csv-- [Unil Definí t ¡o nj
Ui* Manco»
temíteaí1em3
tan iten>5
lemGteai7ItmStea 3
UmlDUn 11Hem12
llera 13Heñí 4Usra15llera 16lien 17HenlSllera 19Hera 20llera 21KM 22
He» 23
lien 24H«,S
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llera 31[lera 32Uva 33
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Cantidad dtAnoi
CartidaddíADU*Tempaalura 1. AJ«lavt_o¿¿r a
T*npo_T«ro«a<i« lj«íocl»v«T[tr<*i*iira2_ALlad4vejetpoioa
T<coipo_reeipe(MU4 2jVlod*'eterrpHa>ua3 Aulodeve ubisT «n».I«np«M» ajiUccUr.»
lempeíaíun í_ Auloclave_rBpoio a7«iCO_Inrp«»iíj 4_íW«lTvf
Taitxnatura 5. AOoclarí.Btí aT«ffoo_T«iiipo>'ii* 5_AuiodíTeños Mía E_ Aul(icUve_ietc>aio i
lietifO IwXKtsliia SJaJixIneCrt-itd d* MíkaJjKtiwloiCjrlldíd de Agua Bote_Mscei*dciCerüdtd de Aff » R emw>_M aeef «taCariidid de Aya Er*j*¿ja_Uxaa4yTentieíatua l_HstB«fci(Jepoio a
!«m»_renoeiB'in 1_M«M!idoiTeiroetatua 2_Hace"oda_ní)i a
TB™>_rem)ef alna 2_HacwsiJo'Temwalua 3_Mece'*fci Jeito» aTBi*«>_Tefn«!3lua 3J^ uceado"I«f»«Ua J,M*«*Íj_=Jii a
TMca.TtrrcFiaK.a Macwsi-Tti H*ua 5_M««»ilJTOC» a .
Tleirpo_Ieir(wetin 5_Maceisd»Ien*ieia'iiaE_M*cenda_tiüaI«ffpo_Tempe(aiiía 6_M*cei*doíTtmpw stu a 7_M »cn»dc(_reCpOio aTwiríXLlwre'eíaiiM 7_MacsiadoiTender aluí 8_M«w«kj_RÍi a
T«rOP_T«npeii<u> B,MKB*J«Tempeíalu a fi ecLCítida J
JtxJo enliocloLmJoPc*di
.Mxfe HopaiomJcmüad_p»Ls dt herví
Temca alurajiali di hífviAdUíBaaJ»»Pmwd^H.ntiaSesund*»ji«_FÉro
T"«"V"-«.a
llera Tw«
AnalogArvJogAreJog
AnalogAneJogAnabflAnafog
AnaíogAraiog
AmfogAnJogAinfog¿AabgAr¿ogAoatog
ArvJoaAoelogAnalogAnabgAívJoí
Anabg¿nalogAnalggArWogAnJogAnal.jA^Jog
AnalogAndogAnalogAnalogArdogAnatog
An*>gAnalogArvfegAnatogAn^og
AiwlogAraiogArtíog
AnJogAiv^ooAnafe,
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lou2AcIrflSAcIng44c
fng5\IngSftcIng76cngtWe
n9 cnglWcngITAe
ngIZAclng!3Acní\Vv;
UnJ2MaceíAdo
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!(X¿MIngJMInoJMng6M
IroGM
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no*)
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InglSMIng^CM
IngWMInglBM
InglSMlng2M
Ur43
Ffco
nglFng2Fno3FnalF
no5FngEF
na7Foa^ng=F
r-slW
Urí4-E
*
FIG. 3.7 Definición de unidades.
Mediante las funciones de Receta se ha diseñado tres pantallas en las que se
ingresan los datos de recetas. A las pantallas de Recetas se accede desde la
pantalla de "Bienvenida" y en el menú Inferior de la Interfaz.
La primera pantalla de Receta contiene los datos de ingredientes de la olla autoclave,
los cuales pueden ser modificados presionando en cada valor.
En todas las pantallas de receta se visualiza, en un pequeño cuadro, el nombre del
operador y el número de proceso que está realizando; y en la parte superior se indica
la receta que se está utilizando.
61
Para navegar entre las recetas se presiona los botones "Anterior" y "Siguiente". En el
caso de visualizar valores antes guardados se indica la receta y luego se debe
presionar eí botón "Cargar".
Luego de haber colocado las cantidades de ingredientes, se llevan los datos hacia el
PLO Supervisor presionando "guardar", con lo cual se lleva estos datos a los PLC'S:
Macerador y Filtro para los controles respectivos y se almacenan en la plantilla de
receta.
Autoclave 1 Maceraoor
. AUTOCLAVE
Cantidad de Arroz:Cantidad de Agua:Temperatura 1_subira;Tiempo Temperatura 1:Temperatura 2_reposo a:Tiempo Temperatura 2:Temperatura 3_subir a:Tiempo Temperatura 3:
ipo leroperatura^:. peratur35_subira:
Tiempo Temperatura 5:
anterior Cargar j : Siguiente Guardar ¡ \
FIG. 3.8 Primera Pantalla de Recetas.
Para la navegación de recetas se utilizan los botones "Adelante" o "Atrás" y desde la
primera pantalla de receta se puede retroceder hacia la pantalla de "Bienvenida".
La segunda pantalla contiene los datos de ingredientes que forman parte del tanque
macerador.
62
Cant de Malta:Cant.de Agua Base:Cant. de Agua RemojaCant. de Agua Enjuague:Temperatura 1 reposo a:Tiempo Temperatura 1:Temperatura 2 subir a:Tiempo Temperatura 2:
i lempo temperaturas:Temperatura4 subirá:Tiempo Temperatura 4:Temperaturas reposo¿Tiempo Temperatura 5:Temperatura 6_subir a:Tiempo Temperatura 6:
ipo I emperatüra /.Temperatura 8_subir a:Tiempo Temperatura 8:
FIG. 3.9 Segunda pantalla de Recetas
La tercera pantalla contiene ios datos de ingredientes que contienen el filtro, paila
recuperadora y paila de hervir.
HOMBRE DE OPERADOR:
HUMERO OE PROCESO;
RECETA: Pilsener 1
PAILA RECUPERADORA
Temperatura;PAILA DE.HERVfR
Lúpulo Extracto:Lúpulo Peüets:Lúpulo Hoparom:Densidad:Temperatura:
FILTROAgua Base:Enjuage 1:Enjuage 2:Enjuage 3:
FIG. 3.10 Tercera pantalla de Recetas
63
3.3 SECUENCIA DEL PROCESO INDUSTRIAL Y NAVEGACIÓN
El proceso de cocimiento sigue ciertas secuencias de operación y supervisión; en las
que coordinadamente el operador, con el desarrollo del proceso en ejecución realiza
las acciones de control.
Para realizar las acciones de control en el proceso, el operador requiere de una
facilidad y rápido acceso a los subprocesos a través de la ¡nterfaz.
Las secuencias que el operador sigue en la Interfaz mediante mensajes para el
control y supervisión del sistema, se presentan en los siguientes flujogramas:
64
3.3.1 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA OLLA AUTOCLAVE
FIG. 3.11 Flujograma - olla Autoclave
3.3.2 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE MACERADOR
65
Abrir compuerta para paso de tolva dfmalta a triturador
Trituración de malta
Enjuague de macerador
Cerrar compuerta para paso de tolva imalta a triturador
FIG. 3.12 Flujograma- Tanque Macerador
66
33.3 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE DE FILTRO
Arranque deFiltro
Avilo da Mawtadof Rito
Bombear todo el contenidodel macerador hasta e[ filtro
\ 1•
Recircular
\• - 1 SI /\, ReanudcTfíltración
Bombeo a tanqueRecuperador por un t
\o el afrecho a la
tolva -compuerta open -agitadores on por I
cierrovalvula de salida ycomprueba válvula de
desagüe eerrada.
lavo placas de retención deafrecho y las remojo
(parte inferior)
agua base para nuevoproceso
FIG. 3.13 Flujograma- tanque Filtro
67
3.3.4 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA RECUPERADORA
Arranque PailaRecuperadora.
siBombear hacia paila
de hervir por undeterminad tiempo
\.,.
\a recuperadora
libre
FIG. 3.14 Flujograma - Paila Recuperadora
68
3.3.5 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA DE HERVIR
si
\o Whirpool
V '"'•- •'- \a de hervir libre
FIG. 3.15 Flujograma- Paila de Hervir.
69
3.4 DISEÑO DE PANTALLAS DEL PROCESO
Las pantallas del proceso están diseñadas en Intouch 9.0, con licencia de full
desarrollo "fulI development" y 3000 tags disponibles.
Para la configuración de botones se ha utilizado programación y las nuevas
funciones que esta última versión facilita.
3.4.1 PANTALLA PRINCIPAL DE ACCESO
Esta pantalla está configurada para desplegarse inicialmente al encender el
computador. En está el usuario deberá ingresar el nombre y clave para que el
sistema designe un determinado nivel de acceso y pueda ingresar al sistema,
de forma total para el administrador y de forma restringida para otros usuarios.
Para continuar con la pantalla siguiente, una vez validado el usuario, se debe
presionar el botón "ingresar".
FIG. 3.16 Pantalla de Acceso
70
La pantalla posterior al pulsar "Ingresar" es la de "Pantalla de Bienvenida", en
la que se encuentran dos opciones: la configuración de recetas y la
supervisión y monitoreo del sistema.
FIG. 3.17 Pantalla de Bienvenida
El encabezado contiene los accesos a las pantallas de los cinco tanques del
proceso de cocimiento, el tipo de usuario, la fecha y la hora.
1 Recuperadora J i Hervir
FIG. 3.18 Encabezado
E! menú Inferior tiene las siguientes opciones:
• Ir a, sigue a pantallas de uso regular
• Acceso, retorna a pantalla de Acceso
• Red, Vista de la Red Ethernet
• Recetas, configuración de recetas
• Alarmas, visualización de alarmas del sistema.
• Salir, cerrar el sistema.
71
FIG. 3.19 Menú Inferior
En la opción "Ir a" del menú Inferior, se presentan las seis pantallas siguientes,
que el usuario las utilizará regularmente.
FIG. 3.20 Opción "Ir A"
Al visualizar la pantalla del funcionamiento de la Red Ethernet se monitorea el
envío y la recepción de datos por parte de los PLC's en tiempo real.
FIG. 3.21 Pantalla "Red Ethernet"
72
En el monitoreo de la Sala de Cocimiento se visualiza la dirección en que fluye
el líquido de la cerveza y las temperaturas en cada olla.
FIG. 3.22 Vista Superior de la Sala de Cocimiento
3.4.2 PANTALLA DE OLLA AUTOCLAVE
La pantalla de autoclave presenta las acciones que se están ejecutando y a la
vez monitorea la temperatura en la olla.
FIG. 3.23 Pantalla de autoclave
73
Al presionar el gráfico denominado "tablero", se despliega una pantalla donde
se encuentran todos los botones que pueden operar al autoclave de forma
remota.
f~ ACCMO \d
FIG. 3.24 Tablero de autoclave
Seleccionando la opción "Ir a Temperatura Autoclave", se visualiza el registro
de temperatura en la olla, teniendo la opción de ampliar o reducir la escala
con las herramientas en la parte superior de la gráfica.
Desde esta pantalla se puede arrancar el control automático de temperatura
presionando los botones respectivos.
La luz ubicada junto al botón de arranque de temperatura tiene tres
visualizaciones, según el estado en que se encuentra el control de
temperatura:
Gris, control de temperatura sin ejecutar.
Rojo, control de temperatura finalizando
Verde, control de temperatura en ejecución.
74
FIG. 3.25 Registro de Temperatura en el autoclave
3.4.3 PANTALLA DEL TANQUE MACERADOR
La pantalla del macerador presenta las acciones que se están ejecutando y a
la vez monitorea la temperatura en el tanque.
FIG. 3.26 Pantalla del Macerador
75
Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente
pantalla;
diñen» | ¡} HatnttJ
FIG. 3.27 Tablero del Macerador
Seleccionando la opción "Ir a Temperatura del Macerador", se presenta la
gráfica donde se registra la temperatura en el tanque macerador y en la
mezcladora de agua (figura 3.28):
FIG. 3.28 Registro de Temperatura en el macerador
76
3.4.4 PANTALLA DEL TANQUE DE FILTRO
La pantalla del filtro presenta las acciones que se están ejecutando y a la vez
monitorea la temperatura en el filtro.
FIG. 3.29 Pantalla de! filtro
Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente
pantalla:
FIG. 3.30 Tablero del filtro
77
Seleccionando la opción "Ir a Temperatura del Filtro" se presenta la gráfica
donde se registra la temperatura en el tanque filtro.
|T Kictuí J
FIG. 3.31 Registro de Temperatura en el filtro
3.4.5 PANTALLA DE LA PAILA RECUPERADORA
La pantalla de la paila recuperadora presenta las acciones que se están
ejecutando y a la vez monitorea la temperatura en la paila.
FIG. 3.32 Pantalla de la Paila Recuperadora
Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente
pantalla:
FIG. 3.33 Tablero de la paila recuperadora
Seleccionando la opción "Ir a Temperatura de la Paila Recuperadora" se
presenta la gráfica donde se registra la temperatura en la paila.
FIG. 3.34 Registro de Temperatura en la paila recuperadora
79
3.4.6 PANTALLA DE LA PAILA DE HERVIR
La pantalla de la paila de hervir presenta las acciones que se están ejecutando
y a la vez monitorea la temperatura en la paila.
FIG. 3.35 Pantalla de la Paila de Hervir
Al presionar sobre el tanque de recirculación se presenta la siguiente pantalla:
FIG. 3.36 Tablero de la paila de hervir
80
Seleccionando la opción "Ir a Temperatura de la Paila de Hervir", se presenta
la gráfica, donde se registra la temperatura en la paila.
F1G. 3.37 Registro de Temperatura en la paila de hervir
Seleccionando la opción "Ir a Densidad de la Paila Recuperadora", se
presenta la gráfica, donde se registra la densidad de líquido que contiene la
paila:
FIG. 3.38 Registro de densidad en la paila de hervir
3.4.7 PANTALLAS DE TENDENCIAS Y ALARMAS
La pantalla de Tendencias es accedida desde el menú inferior, desde donde
se puede acceder de forma directa a cada curva de registros de temperatura
y densidad en los diferentes tanques.
FIG. 3.39 Selección de Registros o Tendencias.
La pantalla de alarmas presenta todos los valores críticos que las variables del
sistema han alcanzado.
FIG. 3.40 Alarmas del Sistema
82
CAPITULO 4
INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA
4.1 INSTALACIÓN DEL TABLERO
El tablero fue diseñado e instalado siguiendo las normas para el montaje y puesta en
marcha de ios controladores lógicos programables (PLC's) y a su vez bajo las
normas de calidad e higiene a las que debe regirse la Cervecería Andina, puesto
que, al ser una empresa de alimentos requiere de una minuciosa selección en los
materiales a utilizarse, y para esto ios componentes del tablero, tales como puertas,
doble fondo y armazón son de acero inoxidable.
El doble fondo desmontable del tablero está repartido en tres áreas con sus
respectivos rieles. En el área superior se encuentra ei PLC Supervisor con fuente y
módulo de comunicaciones Ethernet CP 343 IT, el área intermedio contiene dos
ELM'S que son parte del arreglo de red y en el área inferior se colocan borneras y
protecciones eléctricas.
TABLERO PLC SUPERVISOR
76.5
92.5
96.5
FIG. 4.1 Tablero PLC Supervisor
83
4.2 DISTRIBUCIÓN E INSTALACIÓN DE CABLES EN LA SALA DE
COCIMIENTO
Previo a la distribución de cables se realizó el levantamiento del área, a fin de lograr
caminos más cortos, defácii acceso e instalación.
Se instalaron tres tipos de cables: Belden 8720 para alimentación eléctrica en
flujómetros, Belden 9964 para señales de pulsos y corriente en flujómetros y Belden
9966 para señales de salida en transmisores.
SIMBDLDGÍA
TRANSMISOR DE TEMPERATURA
. TRANSMISOR DE DENSIDAD
TRANSMISOR DE FLUJD
VÁLVULA DE VAPOR
FIG. 4.2 Distinción decables de la sala deCocimiento.
Cable de 2 hilos "tipo BELDEN
Cable de 4 hilos tipo BELDEN
Cable gemelo tipo BELDEN 87Í
84
4.3 CONEXIONES
4.3.1 CONEXIÓN DEL PLC SUPERVISOR Y SUS COMPONENTESEl PLC - Supervisor está constituido en tres componentes: fuente, Cpu y
tarjeta de Red CP.
La tarjeta CP y la CPU están ¡nterconectados con un bus en la parte posterior
de cada módulo y son energizadas mediante la fuente de 24VDC, tal como se
indica en la figura 4.3. Los cables de alimentación eléctrica para la fuente son
AWG#14.
FUENTE CPU 314 CP 343-1 IT
Z4 V 10 A
;0
FIG. 4.3 Conexiones eléctricas PLC- Supervisor.
4.3.2 CONEXIÓN DE LA RED ETHERNETLa red ethernet instalada en este proyecto, utiliza tres tipos de elementos de
interconexión: cable DB9-DB9, cable DB9-DB15 y módulos de red ELM.
El cable DB9 — DB9 es de tamaño corto de 1 a 2 metros y es usado para
extender la red mediante los módulos de red. Los conectores de este cable
son tipo macho y de carcaza metálica y hermética.
85
D B 9 M A C H O
D B 9 M A C H O
FIG. 4.3 Cable Ethernet DB9-DB9.
Los cables DB9 - DB15 con conectores metálicos tipo macho son usados
para llevar la señal desde el arreglo de red hasta el PLC o PC respectivo, a
distancias de 10 y 40 mts.
D B 9 M A C H O D B I 5 M A C H O
FIG. 4.4 Cable Ethernet DB9-DB15.
El módulo eléctrico de red ELM, está constituido por tres puertos, un puerto de
salida y dos puertos de entrada. El puerto de salida sirve para extender la red
hacia otros módulos.
FIG. 4.5 Módulo eléctrico de Red (ELM).
86
La red industrial ethernet está constituida por cuatro módulos de red
extendidos con tres cables DB9-DB9, que ¡nterconectan las dos computadoras
y los cuatro PLC'S mediante cables DB9- DB15.
CABIE IIP 1O. INDUSTRIAL
Computador Silos
CABLE n? 2a iNousnuM. ETHERMCT
CÁKE OT 2*2 INDUSTRIAL ETHÉHHEr
Computador Recetas
PLC Rüro
PLC Macerador
FIG. 4.6 Configuración de la red Ethernet de la sala de
Cocimiento
4.3.3 CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓNLas conexiones de los instrumentos de campo han sido realizadas siguiendo
las recomendaciones de los manuales de los fabricantes.
4.3.3.1 Transmisores De Temperatura Endress + Hauser
Estos transmisores de temperatura están instalados en la olla de
autoclave, en el macerador, paila de hervir, filtro y paila recuperadora.
Los transmisores de temperatura han sido colocados en la parte
superior de los RTD's, conectando los tres terminales en los bornes 3, 5
y 6, según indica la figura 4.7.
La señal de salida es obtenida desde los bornes 1 y 2.
87
El punto TTX- es polarizado con una fuente de 24 Voltios DC y la
corriente normalizada, de 4 a 20 mA, se la extrae del punto TTX+.
T T X
FIG. 4.7 Conexión del transmisor de temperatura Endress+ Hauser.
El transmisor de temperatura TT1 está conectado en la parte inferior de
la olla autoclave, el cual es polarizado por una fuente de 24 VDC
conectada en TT1+, tal como se indica en la figura 4.8, la corriente que
sale de TT1- es llevada hacia el controlador 1- ABB (cuya función es
solamente de indicador) y finalmente se toma la señal de salida del
controlador 1 hacia la entrada analógica del PLC Macerador "PEW
352", con lo cual se cierra el lazo de corriente uniendo las referencias
de la fuente y del PLC.
124-21,-
A Entrada 1 módulo Analógico PLC-Maceradar
PEW352A
FIG. 4.8 Conexión del transmisor de temperatura en la olla autoclave.
El transmisor de temperatura TT2 está ubicado en la parte inferior del
tanque macerador, el cual es polarizado por una fuente externa de
24VDC conectada a "TT2 -", la señal de salida del transmisor es
llevada hacia el controlador 2 (que cumple funciones de indicador)
mediante TT2+", posteriormente la señal de salida del controlador2 es
conectada al PLC Macerador en la entrada "PEW 354" con lo cual se
cierra el lazo de corriente uniendo las referencias de la fuente y del
PLC, como se indica en la figura No. 4.9.
RTD
PROCESO
MACERADOR
TT2 -24 .
, + 24 T
*\TT2-
* ¡ \+
* PEW354A
* corn
A Entrada 2 móduloAnalógicoPLC-Macerador
i
A Entrada Analógicocontrolador 2 ABB
FIG. 4.9 Conexión del transmisor de temperatura en el
Tanque macerador
El transmisor de temperatura TT3 está ubicado en la parte superior de
la tubería de salida de ia mezcladora de agua, el cual es polarizado por
una fuente externa de 24VDC conectada a "TT3 -", la señal de salida
del transmisor es llevada hacia el controlador 2 mediante "TT3+",
posteriormente la señal de salida del controlador2 es conectada al PLC
Macerador en la entrada "PEW 356" con lo cual se cierra el lazo de
corriente uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se
indica en la figura 4.10.
RTDMEZCLA
AGUA
TT3
TT3-
A PEW356Acom
A entrada 3 móduloAnalógicoPLC-Macerador
A entrada AnalógicaConsolador 2 - ABB
FIG. 4.10 Conexión del transmisor de temperatura en la
Mezcladora de agua
El transmisor de temperatura TT4 está ubicado en la parte posterior del
tanque filtro, ei cual es polarizado por una fuente externa de 24VDC
conectada a "TT4 —", la señal de salida del transmisor es llevada hacia
el indicador 1 Honeywell mediante "TT4+", posteriormente la señal de
salida del indicadorl es conectada al PLC Filtro en la entrada "PEW
128" con lo cual se cierra el lazo de corriente uniendo las referencias de
la fuente y del PLC, como se indica en la figura No. 4.11.
24V+*124-
TT4
H4V-»-
PEW128A Entrada 1 nodulocotn Analógico PLC-Filtro
FIG. 4.11 Conexión del transmisor de temperatura en el Tanque de filtro
90
El transmisor de temperatura TT5 está ubicado en la parte inferior del la
paila recuperadora, el cual es polarizado por una fuente externa de
24VDC conectada a "TT5 -", la señal de salida del transmisor es
llevada hacia el indicador 2 - Honeywell mediante "TT5+",
posteriormente la señal de salida del indicador 2 es conectada el PLC
Filtro en e! terminal "PEW 130" con lo cual se cierra el lazo de corriente
uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se indica en la
figura No. 4.12.
24V+*124-
TT5
~\A En-trnda 2 módulocon Analógico PLC-Filtro
E4V-w-
FIG. 4.12 Conexión dei transmisor de temperatura en la
Paila recuperadora
El transmisor de temperatura TT6 está ubicado en la parte inferior de la
paila de hervir, el cual es polarizado por una fuente externa de 24VDC
conectada a "TT6 -", la señal de salida del transmisor es llevada hacia
el controlador 4 (que cumple tareas de indicador) mediante TT6+",
posteriormente la señal de salida del controlador4 es conectada al PLC
Filtro en el la entrada "PEW 132", con lo cual se cierra el lazo de
corriente uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se
indica en la figura No. 4.13
91
L_f.LJ
Entrada Analógicocontrolador 4
124+24V+«
24V-»-124-
TT6
»PEV132A A Entrada 3 nodulolrn_ Analógico PLC-Filtro
FIG. 4.13 Conexión del transmisor de temperatura en la
Paila de hervir
4.3.3.2 Flujómetros Endress Hauser
El flujómetro Endress Hauser modelo Promag 10W tiene dos tipos de
salidas: corriente normalizada de 4 a 20mA y pulsos de voltaje. En
este proyecto han sido utilizadas las salidas de pulsos en todos los
flujómetros, las cuales son de tipo colector abierto y se encuentran en
los terminales 24 y 25 tal como ilustra la figura 4.14. El terminal 24 es
conectado a 24VDC y el terminal 25 se conecta a la bobina de un relé el
mismo que es excitado cada vez que se le envíe un pulso de voltaje. El
relé tiene contactos asociados de los cuales, dos normalmente abiertos
son utilizados, uno para llevar la señal hacia los contadores y e! otro
para enviar la señal hacia una entrada del PLC.
El flujómetro de agua del autoclave "FT4" lleva su señal a la entrada
E124.3 del PLC Macerador mediante el relé C4, el flujómetro de agua
del macerador lleva su señal a la entrada E124.2 del PLC Macerador
mediante el relé C3, el flujómetro de agua para enjuague de la tolva de
92
malta, lleva su señal a la entrada E124.1 del PLC Macerador mediante
el relé C2 y finalmente, el flujómetro de agua para remojo de malta
lleva su señal a la entrada E124.0 del PLC Macerador mediante el relé
C1.
-24V
El 24.0
FIG. 4.14 Conexión del Flujómetro Endress Hauser
4.3.3.3 Flujómetro Kobold
El flujómetro Kobold tiene una salida de pulsos y se ha escogido la
configuración NPN, como se indica en la FIG. 4.15. La carga que se
presenta en el gráfico simboliza la bobina de un relé.
TT+V
carga
-V
FIG. 4.15 Diagrama de Conexión PNP del Flujómetro Kobold
El flujómetro del agua del filtro "FT5" es alimentado con 24VDC en el
terminal 2 , mediante ia configuración NPN se conecta el terminal 3 a la
bobina del relé y el terminal 4 es conectado a la referencia de la fuente
de 24VDC.
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E15.0PLC Filtro
TRANSMISOR FLUJO
INGRESO AGUA
FIG. 4.16 Conexión del Flujómetro Kobold.
4.3.3.4 Transmisor de Densidad Antón Paar
El transmisor de densidad está conformado por un módulo procesador
"mPDS 1000" el cual tiene dos salidas análogas configurables. Para
este proyecto se ha utilizado la salida 2 previamente configurada, la
cual se conecta directamente desde e! terminal "DT1+" hacia la entrada
"PEW134" del PLC Filtro y se cierra el lazo de corriente conectando el
terminal "DT1-" hacia la referencia del PLC.
DT1 +PEW134A
DT1_ 4-20 nA
• con
FIG. 4.17 Conexión del Densitómetro Antón Paar.
94
4.3.3.5 Transmisor de Presión ABB
El transmisor "TT1" realiza funciones de seguridad en la entrada de
vapor para la sección de autoclave.
El transmisor de presión tiene una salida de 4 a 20mA, conectada el
terminal positivo "+" a 24 Vdc y el terminal "-" lleva la señal hacia el
controlador 1» ABB, como indica la Fig. 4.18. Posterior a la conexión del
controladorl se lleva la señal hacia la entrada "PEW358" del PLC
Macerador y se cierra el lazo de corriente con la conexión de la
referencia de la fuente y la del PLC.
124-24V-
24V-
com A Entrada 4 móduloPEW358A Analógico
PLC Macerador
0-100 PSI
4-20 mA
A Enlrada análoga dsconfrolador 1 ABB
FIG. 4.18 Conexión del Transmisor de presión ABB
4.3.4 CONEXIÓN DE LOS CONTROLADOKES
4.3.4.1 Controlador ABB
El controlador 1 o del autoclave tiene dos canales, el canal 1 que recibe
la señal del transmisor de presión "PT1" conectada al terminal "4+". Del
Terminal "3" se lleva la señal hacia el PLC.
95
En el canal 2 terminal "4+" está conectada la señal del transmisor de
temperatura del autoclave TTV del Terminal "3-"sale la señal hacia el
PLC del Filtro.
El controladorl trabaja en el modo manual cuando la bobina del relé
"C10" no está excitada.
La señal de salida del controlador 1 (terminales "1+" y "2-"), es llevada
hacia los contactos normalmente cerrados del relé C10 como ilustra la
fig. 4.19, que permite el paso de la señal de control hacia el transductor
I/P de la válvula autoclave "V3".
En modo automático, se energiza el la señal del PLC que está
conectada en los contactos normalmente abiertos actúa cerrando los
mismo y llevando la señal de control al transductor de la válvula "V3"
mediante la salida "PAW352".
FIG. 4.19 Conexión del Controlador 1 - ABB
96
El Controlador 2 o del macerador tiene dos canales, en el canal 1 está
conectada la señal de temperatura de la mezcladora y en el canal 2 la
señal de temperatura del tanque macerador, tal como indica la Fig.
4.20.
El controlador 2 tiene dos salidas digitales (terminales "1" y "2"),
conectadas a los contactos normalmente cerrados en el relé C11.
En los contactos normalmente abiertos están conectadas las salidas del
PLC Macerador "A21.0" y "A21.1".
La bobina del relé C11 es comandada por el PLC Macerador y los
contactos activan o desactivan dos contactores que manejan el cierre y
apertura de la válvula mezcladora de agua "V31".
AI igual que el caso anterior, el contacto de la válvula mezcladora de
agua "V31" se realiza desde el controlador ABB o desde el PLC
Macerador, según el estado del relé C11.
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FIG. 4.20 Conexión del Controlador 2 - ABB
97
4.3.4.2 Controlador Honeywell
El controlador 3 o de la paila recuperadora tiene 2 canales, el primer
canal se conecta el transmisor de presión de la sección de hervido y en
el canal 2 se conecta el transmisor de temperatura del agua del tanque
de filtro.
La salida del controlador 3 (terminales "+" y "-") va hacia los contactos
normalmente cerrados del relé "C1".
Las señal analógica del PLC filtro "PAW128" está conectada en los
contactos normalmente abiertos del relé.
La bobina del relé "C1" es comandada por el PLC Filtro y las salidas de
los contactos manejan la válvula de vapor "V26".
FIG. 4.21 Conexión del Controlador 3 - Honeywell
El controlador 4 o de la paila de hervir tiene 2 canales, al primer canal
donde se conecta el transmisor de temperatura del cocedor de la paila
de hervir y al canal 2 donde se conecta el RTD de la misma paila.
La salida del controlador 3 (terminales "+" y "-") va hacia los contactos
normalmente cerrados del relé "C2".
Las señal analógica del PLC filtro "PAW130" está conectada en los
contactos normalmente abiertos del relé.
98
La bobina del relé "C2" es comandada por el PLC Futro y sus contactos
manejan la válvula de vapor "V11".
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FIG. 4,22 Conexión del Controlador 4 - Honeywell
4.3.5 CONEXIÓN DE LOS CONTADORES
Los contadores Durant son energizados con 110 V, tienen una entrada de
conteo y una saiida que indica la finalización del conteo mediante el cierre de
un contacto.
La señal de pulso es conectada al terminal "1" y en el "8" se conecta la
referencia.
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FIG. 4.23 Conexión de Contadores Durant en el
Autoclave y Macerador
El contacto de aviso de fin de conteo se cierra y la señal se conecta a las
entradas digitales del PLC a través del Terminal 14.
FIG. 4.24 Conexión de Contadores Durant en el Filtro
100
4.3.6 CONEXIÓN DEL COMPUTADOR ADMINISTRADOR DE RECETAS
El computador Administrador de Recetas es enlazado a la red mediante la
conexión de la tarjeta Ethernet incorporada en un slot de tipo PCI.
La tarjeta de Red tiene dos puertos de comunicación, de los cuales se ha
utilizado el de 15 pines para conectar el cable que viene del arreglo de Red.
A través del puerto ethernet, propio del computador, se conecta a un punto de
la red administrativa de alto nivel.
CABLE ITP 2x2 INDUSTRIAL ETHERÍÍETj
REO ETHERÍIET
PATO! COROConedor-RHS
COMUNICACIÓN TCP/!P TARJETA DE RED 10/ÍDO Mbps
R e-1= e--t o. s
TAFUETA ETHERNETCP 1613 TI POPOConedor DB15 (HEMBRA)YPJ4S
PATCH COROCooector-RJ-15
DPATCH CORDConectór-fU-tS
FIG. 4.25 Conexión del Computador Recetas
4.4 ENERGIZACION DEL SISTEMA
El sistema de control y supervisión para este proyecto, es energizado mediante
alimentación eléctrica de corriente alterna de 110 Voltios, 60 Hz; y voltaje de
corriente directa de 24 V, utilizando disyuntores para la protección de
sobrecorrientes.
101
Los computadores PC Silos y PC Recetas son alimentados desde una UPS (fuente
de energía ininterrumpida), por lo cual en una desconexión eléctrica se tiene el
respaldo de 15 minutos de energía, para que el usuario cierre las aplicaciones y
apague los computadores.
102
CAPITULO 5
5.1 CONCLUSIONES
• Mediante este proyecto, se ha logrado mejorar sustancialmente la
automatización y supervisión de los cuatro procesos que forman parte del
cocimiento de la cerveza: cocción de adjuntos, maceración, filtrado y hervido.
Para este efecto, en el sistema de control existente fueron impiementados e
incorporados controles de temperatura, volumen de agua y densidad de
material dentro del proceso de cocimiento, un sistema administrador de
recetas y una estación central de supervisión y monitoreo.
• A través del sistema administrador de recetas se ha logrado que el usuario
configure las recetas a ejecutarse, desde la interfaz o desde la red
administrativa, al estar compartida la plantilla de recetas en la red, los usuarios
de alto acceso, como especialistas en el diseño de productos, pueden
manipular las recetas en su totalidad, que implica cambiar nombres de
recetas, aumentar recetas y variar datos de ingredientes. Los usuarios de
medio acceso o supervisores del sistema están limitados a cambiar solamente
las cantidades de ingredientes.
• La comunicación de datos desde el PLC supervisor hasta los demás PLC'S ha
facilitado el control, supervisión y monitoreo de las variables del proceso para
los ingenieros y personal técnico.
El control de temperatura en la olla autoclave y tanque macerador, ha
permitido a los operadores a los operadores manipular las rampas y reposos
que el mosto necesita en distintas etapas para la generación de enzimas y
proteínas que intervienen químicamente en el sabor y calidad de la cerveza.
103
En el caso de la mezcladora de agua, la temperatura del agua que ingresa a
los tanques, es ajustando por parte del operador. Mediante el control de
temperatura en la paila de hervir, el supervisor puede acelerar o desacelerar el
hervido del mosto.
Mediante el control de volumen de agua incorporado en los tanques de
autoclave, macerador y filtro, el usuario puede entregar con más precisión la
cantidad de agua requerida para uno u otro proceso, en correspondencia a la
receta que se esta ejecutando.
El Control de densidad provee ai operador el aviso de la obtención del mosto
deseado previo al envío hacia bodega de frío.
5.2 RECOMENDACIONES
• Se recomienda que el sistema implementado, y actualmente en
funcionamiento, sea evaluado operativa y técnicamente, para que a futuro se
realicen si es del caso, las mejoras que correspondan.
• Es recordable que el ajuste de parámetros o constantes del sistema de
control, sea realizado exclusivamente por usuarios calificados técnicamente y
con alto nivel de acceso al sistema.
• Para un correcto funcionamiento del sistema, no esta por demás recomendar
una limpieza periódica de la instrumentación, controladores, contadores y
además equipos de mando y maniobra.
104
El computador "Recetas" que contiene la ¡nterfaz central del sistema requiere
un mantenimiento trimestral recomendado por el fabricante de ia CPU.
105
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SIEMENS, Manual Siemens cpu simatics? -300, Ultima edición, 2003.
SIEMENS, Manual Siemens Simatic Net, Última edición, 2004.
SIEMENS, MANUAL SIEMENS STEP 7, Última edición, 2003.
ENDRESS+HAUSER, Manual endress+hauser - promag 10w, Última Edición,
2005.
ENDRESS+HAUSER, Manual Endress+Hauser - itemp PCP TMT 181, Última
edición, 2005.
HONEYWELL, Manual Honeywell Commander DR 4300, Última edición, 2002.
ABB, Manual ABB Kent Taylor 1900 SERIES, Última edición, 2002.
ANTÓN PAAR, MANUAL ANTÓN PAAR SPRn, Última edición, 2003.
ANTÓN PAAR, MANUAL ANTÓN PAAR mPDS 1000, Última edición, 2003.
ABB, Manual ABB 520T Gauge PressureTransmitter, Última edición, 2002.
WONDERWARE, Guía de usuario Intouch- Recipe Manager, Última edición,
2005.
WONDERWARE, GUIA DE REFERENCIA Intouch 9.0, Última edición, 2005.
WONDERWARE, GUIA DE USUARIO I/O Servers S7, Última edición, 2005.
106
ANEXOS
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