Gestão e Monitoramento de Máquinas Envasadoras de Leite

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
 
GESTIÓN Y MONITOREO DE MÁQUINAS 
ENVASADORAS DE LECHE 
 
TESIS 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN 
 
 
PRESENTAN: 
 
HERNÁNDEZ MÉNDEZ DIEGO 
MORALES LEDEZMA URIEL FELIPE 
VÁZQUEZ ROSAS CÉSAR MARTÍN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Índice 
Capítulo 1 Marco Teórico.......................................................................... 1 
1.1 Objetivo General ......................................................................................................... 2 
1.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 2 
1.3 Justificación ................................................................................................................ 2 
1.4 Antecedentes............................................................................................................... 3 
1.5 Introducción al controlador lógico programable................................................... 5 
1.5.1 Principio de funcionamiento ............................................................................. 5 
1.5.2 Estructura de un PLC ........................................................................................ 6 
1.5.3 Clasificación del PLC .......................................................................................... 7 
1.5.4 Ventajas y desventajas de un PLC ................................................................... 8 
1.6 Introducción a la interfaz hombre máquina .......................................................... 9 
1.6.1 Representación gráfica de información en una HMI ..................................... 9 
1.6.2 Comunicación de dispositivos ........................................................................10 
1.6.3 Software de una HMI .......................................................................................10 
1.7 Redes .......................................................................................................................... 11 
1.7.1 Introducción ....................................................................................................... 12 
1.7.2 Redes LAN ......................................................................................................... 12 
1.7.3 Paquetes ............................................................................................................. 12 
1.7.4 Características de las redes locales ................................................................. 13 
1.7.5 Componentes de una red ................................................................................. 13 
1.7.6 Protocolos de Comunicación ........................................................................... 14 
1.7.7 Modelo OSI ........................................................................................................ 15 
1.7.8 Modelo OSI para las comunicaciones industriales. ..................................... 16 
1.7.9 Protocolos TCP/IP ......................................................................................... 17 
1.7.10 Topologías de Red ........................................................................................... 18 
1.7.11 Medios de Transmisión................................................................................... 19 
1.8 Proceso Lácteo..........................................................................................................22 
1.8.1 Introducción ......................................................................................................22 
1.8.2 El ordeño............................................................................................................23 
1.8.3 Cuidados después del ordeño .........................................................................23 
1.8.4 Principios de limpieza y desinfección ............................................................23 
1.8.5 Refrigeración de la leche..................................................................................23 
1.8.6 Condiciones óptimas de la refrigeración de la leche ...................................24 
1.8.7 Transporte de leche ..........................................................................................25 
1.8.8 Recepción de la leche en la industria ............................................................25 
1.8.9 Clarificación o limpieza ...................................................................................26 
1.8.10 Homogeneización ...........................................................................................26 
1.8.11 Pasteurización .................................................................................................. 27 
1.8.12 Aditivos.............................................................................................................28 
1.8.13 Envasado ..........................................................................................................28 
 
Capítulo 2 Comunicación entre máquinas envasadoras y selección de 
dispositivos. ............................................................................................29 
2.1 Introducción ............................................................................................................ 30 
2.2 Envasado de leche .................................................................................................. 30 
2.3 Estudio y análisis del sistema ya existente .......................................................... 31 
2.4 Propuesta del sistema de Red y monitoreo a desarrollar .................................35 
2.5 Topología de red ...................................................................................................... 37 
2.6 Selección de dispositivos ........................................................................................38 
2.7 Características del material a utilizar ..................................................................38 
2.7.1 Servidor de dispositivos NPort .......................................................................38 
2.7.2 Cable UTP categoría 5......................................................................................39 
2.7.3 Conectores RJ-45 ............................................................................................ 40 
2.7.4 Conectores DB9 ................................................................................................ 41 
2.7.5 Tubo conduit para pared gruesa de 3/4 ’’ y pared gruesa de 1/2 ’’ ............42 
2.7.6 Codos ..................................................................................................................42 
2.7.7 Conmutador (Switch).......................................................................................43 
2.7.8 Gabinete.............................................................................................................44 
2.7.9 Interfaz hombre máquina (HMI) ...................................................................45 
2.7.10 Computadora personal ..................................................................................46 
Capítulo 3 Configuración de dispositivos .............................................. 47 
3.1 Topología de comunicación entre dispositivos ....................................................48 
3.2 Topología de comunicación entre PC y switch ....................................................49 
3.3 Topología de comunicación entre Switch y Dispositivo de comunicación 
Serial ............................................................................................................................... 50 
3.4 Topología de comunicación dispositivo de comunicaciones serial y PLC ....... 51 
3.5 Configuración de una red LAN ..............................................................................52 
3.6 Configuración de NPort ..........................................................................................553.7 Visualización HMI ................................................................................................... 67 
Capitulo 4 Conclusiones y recomendaciones a trabajos futuros 
Recomendaciones y Conclusiones..........................................................70 
4.1 Viabilidad de implementar el sistema de Monitoreo ......................................... 71 
4.1.1 Propuesta técnica económica de material ..................................................... 72 
4.1.2 Propuesta técnico-económica del personal .................................................. 73 
4.2 Conclusiones ............................................................................................................ 74 
4.3 Recomendaciones .................................................................................................... 75 
Referencias.................................................................................................................. 76 
 
 
 
 
 
Índice de Figuras 
 
 
Figura 1.1 Controladores lógicos programables existentes en el mercado .................. 5 
Figura 1.2 Diagrama de bloques de un PLC ..................................................................... 6 
Figura 1.3 PLC compacto .................................................................................................... 7 
Figura 1.4 PLC modular ...................................................................................................... 8 
Figura 1.5 Representación de una HMI mediante símbolos, colores entre otras 
cosas más............................................................................................................................... 9 
Figura 1.6 Interacción entre HMI, PLC, planta .............................................................10 
Figura 1.7 HMI proceso en tiempo real .......................................................................... 11 
Figura 1.8 Conexión punto a punto ................................................................................. 15 
Figura 1.9 Conexión Multipunto ...................................................................................... 15 
Figura 1.10 Modelo OSI con cada una de sus capas ...................................................... 16 
Figura 1.11 Conexión Estrella ........................................................................................... 19 
Figura 1.12 Diagrama de bloques del proceso lácteo ....................................................22 
Figura 1.13 La leche cruda por un sistema cerrado desde la vaca hasta el tanque de 
enfriamiento .......................................................................................................................24 
Figura 1.14 Ejemplo de un camión cisterna suministrándole leche bronca ..............25 
Figura 1.15 Cisterna sobre una báscula puente ..............................................................26 
Figura 1.16 Medida de la leche que se reciben la zona de recepción de cisternas ...26 
Figura 1.17 Proceso de clarificación ó Limpieza ............................................................26 
Figura 1.18 Homogeneización de la leche antes y después del proceso ..................... 27 
Figura 1.19 Intercambiador de calor ..............................................................................28 
Figura 1.20 Silo de almacenamiento ..............................................................................28 
Figura 2.1 Proceso en el cual la gestión de información y monitoreo se lleva a cabo 
mediante un operador ...................................................................................................... 30 
Figura 2.2 Ubicación de la planta .................................................................................... 31 
Figura 2.3 Ubicación área envasado................................................................................ 31 
Figura 2.4 Muestra el diseño de la nave industrial existente. .....................................32 
Figura 2.5 Dimensiones de la nave industrial. ...............................................................32 
Figura 2.6 Distribución de máquinas envasadoras .......................................................33 
Figura 2.7 Máquina envasadora IS-7E............................................................................34 
Figura 2.8 Dispositivos dentro de la máquina envasadora..........................................34 
Figura 2.9 Distribución Equipos y material ...................................................................36 
Figura 2.10 Distribución física de la tubería ..................................................................36 
Figura 2.11 Topologia de red entre máquinas envasadoras ......................................... 37 
Figura 2.12 Muestra el dispositivo serial Nport de moxa.............................................39 
Figura 2.13 Muestra el un cable UTP categoría 5 ......................................................... 40 
Figura 2.14 Muestra un conector RJ-45 ......................................................................... 41 
Figura 2.15 Conector DB9 macho. ................................................................................... 41 
Figura 2.16 Tubería............................................................................................................42 
Figura 2.17 Muestra la figura de un codo. ......................................................................42 
Figura 2.18 Conector tipo T. .............................................................................................42 
Figura 2.19 Switch ANS-08P ............................................................................................43 
Figura 2.20 Gabinete himel con puerta de cristal. ........................................................44
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Figura 2.21 Interfaz hombre máquina modelo ns15 .....................................................45 
Figura 2.22 Computadora personal.................................................................................46 
Figura 3.1 Topología Tipo Estrella...................................................................................48 
Figura 3.2 Configuración de conectores RJ45 y cable UTP cat.5................................49 
Figura 3.3 Configuración de conectores RJ45 .............................................................. 50 
Figura 3.4 Configuración del DB9 del PLC y del dispositivo de comunicación Serial 
Nport .................................................................................................................................... 51 
Figura 3.5 Panel de control de Windows ........................................................................52 
Figura 3.6 Conexión de área local....................................................................................53 
Figura 3.7 Ventana de Estado de conexión de área local ............................................53 
Figura 3.8 Ventana de propiedades.................................................................................53 
de conexión de área local ..................................................................................................53 
Figura 3.9 Ventana de configuración IP .........................................................................54Figura 3.10 MS-DOS verificación de comunicación y envió de paquetes entre 
dispositivos .........................................................................................................................54 
Figura 3.11 ubicación del NPort administration............................................................55 
Figura 3.12 Detección y asignación de IP al dispositivo NPort ...................................55 
Figura 3.13 Visualización de dispositivos encontrados ...............................................56 
Figura 3.14 Detección de dispositivos .............................................................................56 
Figura 3.15 Muestra el Nport agregado en la PC ........................................................... 57 
Figura 3.16 Muestra como agregar puertos los puertos necesarios a utilizar. .......... 57 
Figura 3.17 Muestra el número de puertos seleccionados a utilizar ...........................58 
Figura 3.18 Muestra la configuración de los puertos COM’s .......................................58 
Figura 3.19 Muestra el número de COM asignado a los puertos de comunicación 
serial.....................................................................................................................................59 
Figura 3.20 Muestra la dirección de red del dispositivo Nport de Moxa.................. 60 
Figura 3.21 Muestra la configuración de la zona horaria del Nport ........................... 61 
Figura 3.22 Muestra las características de configuración de los puertos a utilizar. . 61 
Figura 3.23 Muestra el Software a utilizar .....................................................................62 
Figura 3.24 Muestra cómo configurar el Nport con el PLC .........................................62 
Figura 3.25 Muestra el tipo de comunicación a utilizar. ..............................................63 
Figura 3.26 Muestra cómo configurar el driver del PLC ..............................................63 
Figura 3.27 Muestra la configuración de los puertos a utilizar en el PLC .................64 
Figura 3.28 Muestra la verificación de conexión del PLC ...........................................64 
Figura 3.29 Muestra el PLC a utilizar .............................................................................65 
Figura 3.30 Muestra la el software del PLC ...................................................................65 
Figura 3.31 Muestra cómo poner online el PLC ............................................................66 
Figura 3.32 Muestra la configuración final del PLC para ponerlo online. .................66 
Figura 3.33 Muestra la primera pantalla de inicio de la que se visualizara en la HMI
 .............................................................................................................................................. 67 
Figura 3.34 Muestra la segunda pantalla de las máquinas que se visualizara en la 
HMI ...................................................................................................................................... 67 
Figura 3.35 Muestra la pantalla de la máquinaSeleccionada. .....................................68 
Figura 3.36 Muestra en porcentaje el nivel del rollo de polietileno ...........................69 
 
 
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Índice de tablas 
 
Tabla 1 Normas que afectan a las Telecomunicaciones ................................................ 21 
Tabla 2 Muestra las perdidas existentes en el proceso de envasado ........................35 
Tabla 3 Muestra las especificaciones del dispositivo serial Nport de Moxa..............39 
Tabla 4 Muestra los COM’s asignados a los PLC’s .......................................................59 
Tabla 5 Muestra los COM’s asignados a los PLC’s ...................................................... 60 
Tabla 5 Muestra los botones de las pantallas de la HMI ..............................................69 
Tabla 6 Muestra las pérdidas que existirían en el proceso de env asado con la 
implementación de un monitoreo constante. ................................................................ 71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos: 
 
 
Hace 5 años comenzamos a recorrer un camino esperando dar en cada paso un 
gran salto hacia el éxito y la superación. Al recorrer este camino se hicieron 
presentes momentos de dificultad desvelo y desilusión, pero afortunadamente 
siempre estuvimos acompañados de los profesores del instituto quienes con sus 
conocimientos inculcaron en nosotros la perseverancia y constancia, y esas claves 
para concretar cualquier proyecto. 
 
Por tal motivo queremos dar reconocimiento a toso los ingenieros doctores y 
profesores, quienes fueron semilleros de conocimiento y que gracias a ellos fue 
posible nuestra superación a cada paso de la carrera. Los profesores fueron quienes 
nutrieron nuestra enseñanza con la motivación necesaria para no desistir hasta 
alcanzar un objetivo, gracias por guiar nuestros pasos al éxito. 
 
Otro pilar importante en nuestro desarrollo personal son nuestros padres, a ellos 
les debemos no solo nuestra existencia sino también el estar presentes desde el 
comienzo de nuestra vida académica apoyándonos moral y económicamente. Han 
sido ellos quienes no dejan de estar a nuestro lado en las buenas y malas siempre 
impulsándonos a seguir adelante. A nuestros padres, familia y seres queridos con 
mucho amor y fervor damos gracias por ser el sustento de nuestros sueños de 
superación personal. 
 
Por último y no menos importante con gran orgullo queremos agradecer al IPN, 
muy en especial a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad 
Zacatenco por tener siempre abiertas las puertas de la enseñanza para todas 
aquellas personas con deseo de obtener los conocimientos que en un futuro abrirán 
las puertas a nuevas oportunidades de superación gracias ESIME por forjar en 
nosotros un carácter de liderazgo que hará en nosotros la diferencia siempre. 
 
Y como dice el eslogan de Instituto Politécnico Nacional vamos a poner la técnica al 
servicio de la patria para el desarrollo de México. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 1 
 
Capítulo 1 Marco Teórico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 2 
 
 
1.1 Objetivo General 
 
Desarrollar una propuesta de red de comunicación para máquinas envasadoras de 
leche, para llevar a cabo el monitoreo de la producción mediante la gestión de 
información y monitoreo de las máquinas, en tiempo real, y así poder evitar 
posibles fallas que se lleguen a presentar dentro del proceso 
 
1.2 Objetivos Específicos 
 
 Establecer una red de comunicación a nivel físico integrando los dispositivos 
para el enlace de los PLC´s. 
 Configurar la red de comunicación de los servidores de dispositivos seriales. 
 Desarrollo de la programación de las pantallas para la visualización y 
monitoreo de la HMI. 
 
1.3 Justificación 
 
Diseñar una red de comunicación en la cual se ha tomado en cuenta que hoy en día 
en la industria para poder tener un proceso en las mejores condiciones y obtener 
un producto con la mejor calidad es necesario que el proceso trabaje de manera 
optima. 
 
Hay que tomar en cuentaque los procesos que no están del todo automatizados, 
carecen de algunos elementos, pero se tiene la posibilidad modificar y adaptar con 
nuevas tecnologías, nueva instrumentación y nuevo control. 
 
El desarrollo de sistemas de monitoreo puede hacer más eficiente y confiable 
cualquier proceso automatizado, con lo que se obtendrán mejores resultados, por 
medio de los cuales se podrá obtener la información adecuada o necesaria 
dependiendo del proceso que se desee monitorear. Algunas de las principales 
ventajas de la implementación de dichos sistemas son: 
 
 Causas de falla frecuente en los equipos. 
 Tiempo de operación de cada maquinaria. 
 Visualizar gráficamente y en tiempo real la eficiencia operacional de cada 
una de sus líneas de producción. 
 Llevar un control de las piezas buenas y defectuosas del proceso. 
 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 3 
 
El presente trabajo se presenta a partir de dos problemáticas: 
 
La primera de ellas surge dentro del área de envasado de leche, la cual se origina a 
causa de la mala operación de la máquina, y provocando alguna avería en la 
misma, los operadores son quienes suelen dar un arreglo rápido, sin tomar en 
cuenta que existen medidas de seguridad, y personal capacitado y certificado para 
realizar esta tarea. 
 
Como consecuencia al darle un arreglo incorrecto a las máquinas por parte de los 
operadores, sin conocer el origen de la falla, conlleva a ocasionar daños a los 
dispositivos internos de la máquina, reduciendo así el tiempo de vida útil de estas, 
ocasionando que presenten fallas en tiempos muy cortos. 
 
La segunda se genera de igual manera en el área de envasado de leche a causa de la 
incomunicación de los equipos, integrando esta propuesta se da una solución al 
problema citado anteriormente, el cual consiste en realizar una red de 
comunicación entre máquinas envasadoras, para poder llevar a cabo un sistema de 
gestión de información y monitoreo de estas en tiempo real. 
 
Al realizar un análisis del sistema existente se encontró con otra problemática, ya 
que las máquinas por su longevidad no pueden tener una red de comunicación 
suficientemente extensa, para comunicarse hacia un cuarto de control, debido a 
que la distancia entre ellas es aproximadamente de 2 metros por máquina. 
 
Por lo cual se optó por la instalación de nuevos dispositivos de comunicación 
tomando en cuenta los equipos instalados existentes actualmente y así poder 
adecuar esta propuesta al proceso tal y como está, sin necesidad de hacer 
modificaciones, lo que se pretende con estos nuevos dispositivos es ampliar la red 
de comunicación entre máquinas y llegar a la obtención de mejores resultados. 
 
1.4 Antecedentes 
 
Con respecto al trabajo sobre sistema de instrumentación control y monitoreo de 
proceso industriales asistido por computadora, se obtuvo información de redes de 
comunicaciones e interconexión de equipos, además ofrece la posibilidad de 
compartir la información en red mediante las prestaciones de la tecnología 
cibernética como lo hacen hoy en día los sistemas flexibles de manufactura, los 
sistemas de instrumentación virtual y los sistemas de supervisión de análisis. 
 
Por esta razón, dicho sistema es aplicable a cualquier tipo de proceso de producción 
ya sea a la industria química, farmacéutica, alimenticia, refresquera, cervecera, 
tequilera, entre otras [1]. 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 4 
 
Después de llevarse a cabo la revisión del trabajo sobre el sistema automatizado 
para medición y monitoreo de pesos y temperaturas en la producción de garrafón, 
se tomo en cuenta la importancia de controlar el aspecto y peso del producto 
terminado, ya que de esto depende la confiabilidad de los consumidores. Para 
obtener esta característica fue necesario crear la automatización del proceso para 
controlar las variables que se detectaron dentro de las necesidades (temperatura – 
peso). 
 
Lo cual fue implementado para evitar la producción de envases defectuosos que 
puedan retrasar la logística de los mismos, es decir, entregar la producción a 
tiempo y con calidad y por ende disminuir las quejas de los clientes. Ya que estos 
son factores importantes que se deben de controlar para la confiabilidad de los 
consumidores y de la propia empresa [2]. 
 
Con respecto al trabajo de monitoreo de sistemas de control a través de redes la 
cual fue diseñada para desarrollar sistemas de control a distancia con la finalidad 
de mejorar el desempeño y administración del control supervisando los diferentes 
procesos cuyos alcances fueron; mejorar la operatividad de los procesos de 
supervisión de control de procesos a distancia [3]. 
 
En el trabajo actualización y monitoreo del sistema de agua desmineralizada del 
centro de tecnología global de colgate-palmolive México. Se llevó un análisis en un 
sistema de control implementado en la planta de agua desmineralizada del Centro 
de Tecnología Global de Colgate-Palmolive, cuya finalidad era realizar una 
propuesta de optimización del sistema y la reducción de inversión de tiempo en el 
análisis de la calidad de agua [4]. 
 
En el trabajo actualización de un PLC y la HMI de una máquina llenadora de 
Botellas con productos cosméticos. Consistió en un cambio de sistema de control 
que estaba completamente obsoleto, los dispositivos, estaban instalados en una 
máquina destinada al llenado de botellas con líquidos higiénicos y cosméticos, es 
por eso que se llevó a su actualización remplazando el sistema existente por un 
sistema de control de tecnología reciente, de tal manera que se asegurara el 
funcionamiento adecuado de la máquina y evitar las menores probabilidades de 
fallas [5]. 
 
En el trabajo HMI para control estadístico de un proceso de ensamble se mencionó 
las ventajas e importancia de la implementación de la HMI en la industria [6]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 5 
 
1.5 Introducción al controlador lógico programable 
 
La sigla PLC significa “Programmable Logic Controller” cuyo significado es 
controlador lógico programable. Es un equipo electrónico, utilizado para “controlar 
automáticamente”, a través de secuencias lógicas, máquinas y equipos. Basan su 
funcionamiento en las técnicas digitales con microprocesadores, empleando una 
estructura similar a la de una computadora hogareña. En principio, el PLC debería 
sustituir a un conjunto de relés cableados adecuadamente para que cumplan una 
función determinada [7]. 
 
En definitiva, estos elementos son controladores para uso en máquinas y procesos 
industriales, los cuales se pueden programar para la aplicación específica. Por sus 
características, son ampliamente utilizados para el control de procesos y máquinas 
cuando la cantidad de éstas no sea muy grande, ya que de lo contrario el mercado 
ofrecerá controladores específicos no programables (Figura 1.1), sino sólo útiles 
para la aplicación diseñada [8]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 Controladores lógicos program ables existentes en el m ercado 
 
1.5.1 Principio de funcionamiento 
 
Estos controladores programables, no son otra cosa que un computador fabricado 
de otra forma, adecuado al uso industrial, por lo que disponen de una fuente de 
poder, una unidad central de proceso (CPU) y en vez de tener un teclado y una 
pantalla tienen terminales para conectar entradas y salidas desde y hacia el proceso 
o máquina. El software y firmware están hechos para su aplicación, de tal forma 
que al cargarles una aplicación o programa este dispositivo queda apto para 
realizar el control. Una de las características relevantes en estos controladores en la 
actualidad es que poseen puertas de comunicación de datos, las que son empleadas 
para cargar o descargar el programa, como también poder conectar otros 
dispositivos [8]. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 6 
 
1.5.2 Estructura de un PLC 
 
Para poder interpretarde mejor manera la estructura de un PLC se puede 
representar por medio de un diagrama de bloques (Figura 1.2) [9]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Unidad central de proceso (CPU), la cual es la encargada de ejecutar el programa 
escrito por el usurario y almacenado en su interior. La CPU es el cerebro del 
controlador programable. Está formado por dos partes elementales los cuales son 
el procesador y una memoria [9]. 
 
 
El procesador es el encargado de ejecutar, como tarea principal, el programa de 
aplicación escrito por el usuario pero cumple con otras tareas importantes como 
son las de comunicarse con el exterior por sus puertos de comunicación y ejecutar 
un auto diagnostico [9]. 
 
Memoria todos los datos que el controlador maneja, programa ejecutivo, el 
programa de aplicación, el estado de las entradas/salidas, etc. Se almacenan en la 
memoria [9]. 
 
Entradas y Salidas (E/S) son las partes del controlador programable que lo 
vinculan con el campo. Adaptan las señales de captores para la CPU las reconozca 
en el caso de las entradas y ante un orden de la CPU activan un elemento de 
potencia en el caso de las salidas a continuación se mencionaran algunos ejemplos 
de dispositivos de entrada y de salida que pueden ser instalador en un 
programador lógico programable [9]. 
 
Figura 1.2 Diagram a de bloques de un PLC 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 7 
 
Principales dispositivos de entrada que se suelen encontrar en un programador 
lógico programable 
 Botoneras 
 Límites de carrera 
 Sensores inductivos 
 Sensores capacitivos 
 Sensores ópticos 
 Interruptores 
 Botones pulsadores 
 Detectores de proximidad 
 
Principales dispositivos de salida que se suelen encontrar en un programador 
lógico programable 
 Contactares 
 Electroválvulas 
 Variadores de velocidad 
 Alarmas 
 
1.5.3 Clasificación del PLC 
 
Un PLC se puede clasificar de dos formas los compactos y los modulares esto 
depende según el modelo del fabricante y la aplicación que se le desee dar y el 
espacio disponible con el cual se cuente [8]. 
 
Los programadores lógicos programables compactos son aquellos en donde la 
fuente de poder, la CPU y las entradas y salidas están integrados en una sola caja, 
(Figura 1.3) [8]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los controladores lógicos programables modulares: son aquellos que se componen 
de una placa de montaje a la que se le instalan fuentes de poder, CPU, módulos de 
entrada y salida y módulos especiales (Figura 1.4) [8]. 
 
 
Figura 1.3 PLC com pacto 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 8 
 
 
 
 
1.5.4 Ventajas y desventajas de un PLC 
 
La utilización de un PLC debe ser justificada para efectos de optimizar sobre todo 
los recursos económicos que en nuestros días son muy importantes y escasos. A 
continuación se enlistan las principales ventajas y desventajas que puede traer 
consigo el empleo de un programador lógico programable [5]. 
 
Principales ventajas de un PLC: 
 Control más preciso. 
 Mayor rapidez de respuesta. 
 Flexibilidad control de procesos complejos. 
 Facilidad de programación. 
 Seguridad en el proceso. 
 Empleo de poco espacio. 
 Fácil instalación. 
 Menos consumo de energía. 
 Mejor monitoreo del funcionamiento. 
 Menor mantenimiento. 
 Detección rápida de averías y tiempos muertos. 
 Menor tiempo en la elaboración de proyectos. 
 Posibilidad de añadir modificaciones sin elevar costos. 
 Menor costo de instalación, operación y mantenimiento. 
 Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autómata. 
 
Principales desventajas de un programador lógico programable 
 Mano de obra especializada. 
 Centraliza el proceso. 
 Condiciones ambientales apropiadas. 
 Mayor costo para controlar tareas muy pequeñas o sencillas. 
 
 
Figura 1.4 PLC m odular 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 9 
 
1.6 Introducción a la interfaz hombre máquina 
 
La sigla HMI es la abreviación en ingles de interfaz hombre máquina. Los sistemas 
HMI podemos pensarlos como una “ventana” de un proceso. 
 
Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en 
una computadora. Los sistemas HMI en computadoras se los conoce también como 
software HMI (en adelante HMI) o de monitoreo y control de supervisión. 
 
Las señales del procesos son conducidas al HMI por medio de dispositivos como 
tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’S (controladores lógicos 
programables), RTU (unidades remotas de E/S) o Drives (variadores de velocidad 
de motores). Todos estos dispositivos deben tener una comunicación que entienda 
el HMI [10]. 
 
1.6.1 Representación gráfica de información en una HMI 
 
Para presentar la información en la pantalla existen diferentes formas que muchas 
veces no suelen ser bien utilizadas. En sistemas pequeños esto no es crítico; sin 
embargo para sistemas de supervisión de gran cantidad de variables es muy 
importante que el diseño se realice adecuadamente para lograr una buena 
presentación de la información. Se dará a continuación algunas formas para la 
presentación de la información (Figura 1.5) [11]. 
 
Símbolos, figuras y textos que puede tener una HMI. 
 Símbolos: se utilizan para la identificación de objetos, acciones entre otros. 
en muchos casos facilita la memorización y con ello eleva la eficacia y 
confiabilidad; facilita la presentación gráfica. el hombre puede conocer gran 
cantidad de símbolos. 
 Las cifras: se suelen utilizar para representar la información exacta. útil en el 
registro, y en el análisis posterior. 
 Los Colores: los colores son útiles para la representación de alarmas y 
llamadas de atención. 
 
 
 
Figura 1.5 Representación de una HMI m ediante 
sím bolos, colores entre otras cosas m ás 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 10 
 
1.6.2 Comunicación de dispositivos 
 
La comunicación con los dispositivos de las máquinas o procesos se realiza 
mediante comunicación de datos empleando las puertas disponibles para ello, 
tanto en los dispositivos como en los PC´S. 
 
Actualmente para la comunicación se usa un software denominado servidor de 
comunicaciones, el que se encargar de establecer el enlace entre los dispositivos y el 
software de aplicación los cuales son sus clientes. La técnica estandarizada en estos 
momentos para estos se llama OPC (Ole for Proccess Control) por lo que contamos 
entonces con servidores y clientes OPC [12]. 
1.6.3 Software de una HMI 
 
Este software permiten entre otras cosas las siguientes funciones: Interface gráfica 
de modo de poder ver el proceso e interactuar con él, registro en tiempo real e 
histórico de datos, manejo de alarmas. 
 
Si bien es cierto sólo con la primera función enunciada es la propiamente HMI, casi 
todos los proveedores incluyen las otras dos ya sea en el mismo paquete o bien 
como opcionales. 
 
También es normal que dispongan de muchas más herramientas. Al igual que en 
los terminales de operador, se requiere de una herramienta de diseño o desarrollo, 
la cual se usa para configurar la aplicación deseada, y luego debe quedar corriendo 
en la PC de un software de ejecución (Run Time). 
 
Por otro lado, este software puede comunicarse directamente con los dispositivos 
externos (proceso) o bien hacerlo a través de un software especializado en la 
comunicación (Figura 1.6) [12]. 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6 Interacción entre HMI, PLC, planta 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 11 
 
1.6.4 Funciones del software de una HMI 
 
Monitoreo. Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real. 
Estos datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una 
lectura más fácil de interpretar [10]. 
 
Supervisión. Esta función permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar 
las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora. 
 
Alarmas. Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentrodel proceso y 
reportarlo estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en límites de control 
preestablecidos [10]. 
 
Control. Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y 
así mantener estos valores dentro de ciertos límites. Control va mas allá del control 
de supervisión removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la 
aplicación de esta función desde un software corriendo en una PC puede quedar 
limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema [10]. 
 
Históricos. Es la capacidad de muestra y almacenar en archivos, datos del proceso a 
una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa 
herramienta para la optimización y corrección de procesos. A continuación en la 
(Figura 1.7) se muestra un ejemplo de la visualización de un proceso mediante una 
HMI en tiempo real [10]. 
 
 
Figura 1.7 HMI proceso en tiem po real 
1.7 Redes 
 
Las redes de computadoras fueron creadas con el único fin de comunicarse con 
otras personas y a lo largo de los años fueron evolucionando para convertirse en 
una serie de dispositivos interconectados entre sí para compartir recursos y 
comunicación. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 12 
 
1.7.1 Introducción 
 
El objetivo de una red de datos consiste en facilitar la consecución de un 
incremento de la productividad vinculando todas las computadoras y redes de 
computadoras de manera que los usuarios pueden tener acceso a la información 
con independencia del tiempo, ubicación y tipo de equipo informático. 
 
Las redes de equipos surgen como respuesta a la necesidad de compartir datos de 
forma rápida. Los equipos personales son herramientas potentes que pueden 
procesar y manipular rápidamente grandes cantidades de datos, pero no permiten 
que los usuarios compartan los datos de forma eficiente [14]. 
 
1.7.2 Redes LAN 
 
La palabra LAN viene del acrónimo de (Local Area Network), es decir red de área 
local el cual consiste en un medio de transmisión compartido y un conjunto de 
software y hardware para servir de interfaz entre dispositivos y el medio y regular 
el orden de acceso al mismo. Las cuales surgieron de la necesidad de compartir de 
manera eficaz datos y servicios entre usuarios de una misma área de trabajo [13]. 
 
Las LAN están limitadas en el espacio, eso implica que para un determinado medio 
de transmisión es posible saber el tiempo máximo de transmisión. Este dato 
permite el uso de ciertos diseños y simplifica la administración. En cuando al 
medio de transmisión, suelen emplear enlaces que consisten en un único cable al 
que se conectan todas las máquinas que componen la red. Se alcanzan velocidades 
de entre 10 y 100 Mbps, con retardos muy bajos. [13]. 
 
1.7.3 Paquetes 
 
Los dispositivos de una red se comunican entre sí transmitiendo información en 
grupos de pequeños impulsos eléctricos (conocidos como paquetes). Cada paquete 
contiene la dirección del dispositivo transmisor (la dirección fuente) y la del 
receptor (dirección de destino). Las PC’S y otros equipos de la red utilizan esta 
información para ayudar al paquete a llegar a su destino. 
 
Cuando dos dispositivos intentan comunicar simultáneamente, ocurrirá una 
colisión entre los paquetes transmitidos, que los dispositivos transmisores 
detectan. Al detectar esta colisión, los dispositivos dejan de transmitir y hacen una 
pausa antes de volver a enviar los paquetes. 
 
El mecanismo es como una conversación entre un grupo de personas; si dos 
personas hablan al mismo tiempo, ambas callan y entonces una empieza a hablar 
[3]. 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 13 
 
1.7.4 Características de las redes locales 
 
Las redes locales tienen una extensión geográfica reducida, como el propio nombre 
“local” indica. Esta extensión suele ser inferior a los cinco kilómetros, pudiendo así 
abarcar desde una oficina o una empresa, hasta una universidad o un complejo 
industrial de varios edificios. Estas redes suelen utilizar la tecnología de broadcast, 
es decir, que todas las estaciones (una estación está formada por un computador 
terminal y una tarjeta de red) están conectadas al mismo cable, lo que permite que 
todos los dispositivos se comuniquen con el resto y compartan información y 
programas. 
 
Derivado de su pequeño tamaño, estas redes alcanzan habitualmente la velocidad 
de transmisión máxima que soportan las “estaciones” de la red (100 Mbps). La 
velocidad de transmisión debe ser muy elevada para poder adaptarse a las 
necesidades de los usuarios y del equipo. 
 
El índice de errores en las redes locales es muy bajo, por lo que resulta un sistema 
muy fiable, que además posee su propio sistema de detección y corrección de 
errores de transmisión. Este es también un sistema flexible, puesto que es el 
usuario quien lo administra y lo controla [13]. 
 
1.7.5 Componentes de una red 
 
Para la implementación de una red hay un número determinado de componentes 
necesarios para hacer la interconexión de equipos para que puedan comunicarse 
entre sí y a su vez para que no haya pérdidas de señal, y para largas distancias se 
requiere de conectar diferentes equipos como los siguientes: 
 
 
1.7.5 .1 Conmutador (Switch) 
 
Un conmutador o switch es un dispositivo de propósito especial diseñado para 
resolver problemas de rendimiento en la red, debido a anchos de banda pequeños y 
embotellamientos. El switch puede agregar mayor ancho de banda, acelerar la 
salida de paquetes, reducir tiempo de espera y bajar el costo por puerto. Opera en 
la capa 2 del modelo OSI y reenvía los paquetes en base a la dirección MAC. 
 
El switch segmenta económicamente la red dentro de pequeños dominios de 
colisiones, obteniendo un alto porcentaje de ancho de banda para cada estación 
final. No están diseñados con el propósito principal de un control íntimo sobre la 
red o como la fuente última de seguridad, redundancia o manejo. Al segmentar la 
red en pequeños dominios de colisión, reduce o casi elimina que cada estación 
compita por el medio, dando a cada una de ellas un ancho de banda 
comparativamente mayor [3]. 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 14 
 
1.7.5 .2 Tarjetas de red (NIC) 
 
Son conocidas como Tarjetas Adaptadoras de Red (Network Interfase Card). Se 
conectan a cada terminal o nodo para tener acceso a la red. Es el componente 
altamente necesario para que se pueda acceder a los recursos y aplicaciones que 
ofrece una red de comunicación. Aunque exista una infraestructura de red, si un 
nodo no tiene tarjeta de red no tendrá acceso a la misma. 
 
Todos los PC necesitan tarjetas de interfaz de red (NIC) para poder utilizarse en 
operaciones en red. Algunos se venden con la tarjeta NIC incorporada. Cuando se 
escoja una NIC (también conocida como tarjeta adaptadora) para instalar en un 
PC, se debería considerar lo siguiente [3]. 
 La velocidad de su concentrador, conmutador, o servidor de impresora – 
Ethernet (10Mbps) o Fast Ethernet (100Mbps). 
 El tipo de conexión que necesita - RJ-45 para par trenzado o BNC para cable 
coaxial. 
 El tipo de conector NIC disponible dentro de su PC-ISA o PCI. 
Debe utilizarse una NIC de Ethernet con un concentrador o conmutador Ethernet, 
y debe utilizarse una NIC de fast Ethernet con un concentrador o conmutador fast 
Ethernet. Si conecta su PC a un dispositivo concentrador dual speed que admite 
ambos valores, 10 y 100Mbps, puede utilizar una NIC de 10Mbps o una NIC de 
100Mbps. Un puerto en un dispositivo dual speed ajusta su velocidad 
automáticamente para que coincida con la velocidad más alta admitida por ambos 
extremos de la conexión. Por ejemplo, si la NIC soporta solamente 10Mbps, el 
puerto del concentrador dual speed que está conectado a dicha NIC pasará a ser un 
puerto de 10Mbps. Si la NIC soporta 100Mbps, la velocidad del puerto del 
concentrador será de 100 Mbps [3]. 
 
De un modo semejante, si tiene una NIC 10/100, podrá conectarla al concentrador 
Ethernetde 10Mbps o al concentrador fast Ethernet de 100Mbps. La NIC 10/100 
ajustará su velocidad para que coincida con la velocidad más alta soportada por 
ambos extremos de la conexión. Si está instalando una red que utiliza cables de par 
trenzado, necesitará una NIC con un conector RJ-45 [3]. 
1.7.6 Protocolos de Comunicación 
 
La comunicación entre dos entidades puede ser directa o indirecta. En este sentido 
se describen algunas situaciones posibles. Si los dos sistemas que se van a 
comunicar comparten una línea punto a punto, las entidades de estos sistemas se 
podrán comunicar directamente: es decir, los datos y la información de control 
pasaran directamente entre las entidades sin intervención de un agente activo 
(Figura 1.8). Esta misma idea es aplicable a configuración multipunto, aunque en 
este caso las entidades deberán solucionar el problema del control de acceso 
(Figura 1.9), complicado así el protocolo. Si los sistemas se conectan a través de 
una red conmutada no se podrán aplicar a un protocolo directo. Es posible el 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 15 
 
intercambio de datos entre dos entidades dependerá a su vez del buen 
funcionamiento de otras entidades. Un caso algo más completo será cuando las dos 
entidades no compartan la misma red conmutada, aunque eso si deberán estar 
conectadas a través de dos o más redes. [14]. 
 
 
Figura 1.8 Conexión punto a punto 
 
 
Figura 1.9 Conexión Multipunto 
 
1.7.7 Modelo OSI 
 
El modelo OSI, que quiere decir Open System Interconection o Interconexión de 
Sistemas Abiertos, fue definido por la ISO en el año 1983. Una técnica de 
estructuración muy utilizada, y elegida por el ISO, es la jerarquización en capas. En 
esta técnica, las funciones de comunicación se distribuyen en un conjunto 
jerárquico de capas. 
 
Cada capa realiza un conjunto de funciones relacionadas entre sí, necesarias para 
comunicarse con otros sistemas cada capa se sustenta en la capa inmediatamente 
inferior, la cual realizara funciones más primitivas, ocultando los detalles a las 
capas superior. Una capa proporciona servicios a la capa inmediatamente. 
 
El modelo OSI está formado por siete capas o niveles. Las capas inferiores lidian 
con las señales eléctricas, trozos de datos binarios y encaminamiento de paquetes a 
través de las redes, mas sin en cambio las capas superiores se encargan de la 
gestión de las solicitudes de los clientes, respuestas de servidores, representación 
de los datos y los protocolos de redes desde el punto de vista del usuario superior. 
Idealmente, las capas deberían estar definidas para que los cambios en una capa no 
implicaran cambios en las otras capas (Figura 1.10) [15]. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 16 
 
 
Figura 1.10 Modelo OSI con cada una de sus capas 
 Nivel 1. Física: especifica cuál será el medio físico de transporte a utilizar. 
Señales eléctricas. 
 Nivel 2. Enlace: estructura de los datos dentro de la trama y control de 
errores. 
 Nivel 3. Red: interviene en el caso en el que intervenga más de una red. 
 Nivel 4. Transporte: división de datos de paquetes de envío. 
 Nivel 5. Sesión: para el control de inicio y finalización de las conexiones. 
 Nivel 6. Presentación: representación y encriptación de los datos. 
 Nivel 7. Aplicación: utilización de los datos 
1.7.8 Modelo OSI para las comunicaciones industriales. 
 
Capa Física: Se encarga de la transmisión de bits al canal de comunicación. 
Define los niveles de la señal eléctrica con la que se trabajara. Controla la velocidad 
de transmisión (duración de un bit), esta capa física contiene 3 subniveles, que son 
los siguientes: 
 Medio: Canal de transmisión, si es cable, FO, radio, etc. MAU (Media 
Attachment Unit): Contiene la electrónica donde se generan o donde se 
reciben los niveles eléctricos. 
 PLS (Physical Logical Signal): Codificación en la emisión de la información 
binaria a señal eléctrica y decodificación en la recepción de la señal eléctrica 
a señal binaria. 
Capa de Enlace: Se encarga de establecer una comunicación libre de errores 
entre dos equipos. Forma la trama organizando la información binaria y la pasa a la 
capa fisca. Esta capa física contiene dos subniveles que son los siguientes: 
 MAC (Media Acces Control): Control del canal de transmisión para que en el 
momento que este libre, pueda enviar la información. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 17 
 
 LLC (Logical Link Control): Controla y recupera los errores, también 
codifica la información hexagesimal o ASCII a enviar a formato binario o 
decodifica la información binara recibida a hexagesimal o ASCII. 
Capa de Aplicación. Es la capa más próxima al usuario y puede ofrecer servicios 
tales como: correo electrónico, acceso a base de datos, transferencia de ficheros, 
videoconferencias [15]. 
 
1.7.9 Protocolos TCP/IP 
 
La cual se encuentra ubicada en la capa de transporte, se especifican dos protocolos 
que son el TCP (protocolo de control de transmisión) y UDP (protocolo datagrama 
de usuario). El TCP es un protocolo orientado a transmisión y el UDP es no 
orientado a transmisión [16]. . 
 
1.7.9.1 Servicios TCP 
 
TCP proporciona una comunicación segura a través de diversos tipos de redes y 
conjuntos de redes interconectadas. TCP garantiza seguridad (todos los datos 
llegarán a su destino) y precedencia (se garantiza que el orden de envío se 
establecerá correctamente en el destino). 
 
Hay dos funciones que proporciona TCP: Cargar flujo de datos: aunque TCP va 
agrupando datos en segmentos, el usuario puede requerir a TCP que agrupe una 
serie de datos en el mismo segmento y no añada más. 
 
 
Indicación de datos urgentes: TCP proporciona la posibilidad de avisar al destino 
de que los datos que han llegado son de carácter más urgente que otros. Es el 
usuario final el que decide qué hacer en este caso. TCP suministra más primitivas y 
parámetros que IP [17]. 
 
1.7.9.2 Servicios IP 
 
Los servicios que proporciona IP a TCP son: Send (envío) y Deliver (entrega). TCP 
utiliza Send para solicitar el envío de una unidad de datos y Deliver es utilizada por 
IP para notificar a TCP que una unidad de datos ha llegado. Los campos incluidos 
en estas dos llamadas son: dirección origen y destino de los datos, usuario IP, 
identificador de bloque de datos, indicador sobre si está permitida la segmentación 
del bloque, tipo de servicio, tiempo de vida, longitud de los datos. 
 
Algunos campos no son necesarios para Deliver. El tipo de servicio solicitado puede 
ser de encaminamiento lo más rápido posible, lo más seguro posible, prioridad, etc. 
[17]. 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 18 
 
1.7.9.3 Direcciones IP 
 
La dirección de origen y destino en la cabecera IP es una dirección global de 
Internet de 32 bits. De estos 32 bits, algunos identifican al computador y el resto a 
la red. Estos campos son variables en extensión para poder ser flexibles al asignar 
direcciones de red. Hay diferentes tipos de redes que se pueden implantar en la 
dirección de red. Unas son grandes (con muchas subredes), otras medianas y otras 
pequeñas. Es posible y adecuado mezclar en una dirección los tres tipos de clases 
de redes [17]. 
1.7.10 Topologías de Red 
 
El término “topología” se emplea para referirse a la disposición geométrica de Las 
estaciones de una red y los cables que las conectan, y al trayecto seguido por las 
señales a través de la conexión física. La topología de la red es pues, la disposición 
de los diferentes componentes de una red y la forma que adopta el flujo de 
información [13]. 
 
Las topologías fueron ideadas para establecer un orden que evitase el caos que se 
produciría si las estaciones de una red fuesen colocadas de forma aleatoria. La 
topología tiene por objetivo hallar cómo todos los usuarios pueden conectarse a 
todos los recursos de red de la manera más económica y eficaz; al mismo tiempo, 
capacita a la red para satisfacerlas demandas de los usuarios con un tiempo de 
espera lo más reducido posible [13]. 
 
 
Para determinar qué topología resulta más adecuada para una red concreta se 
tienen en cuenta numerosos parámetros y variables, como el número de máquinas 
que se van a interconectar, el tipo de acceso al medio físico deseado. Dentro del 
concepto de topología se pueden diferenciar dos aspectos: Topología física y 
topología lógica, la topología física se refiere a la disposición física de las máquinas, 
los dispositivos de red y el cableado. Así, dentro de la topología física se pueden 
diferenciar dos tipos de conexiones: punto a punto y multipunto 
 En las conexiones punto a punto existen varias conexiones entre parejas de 
estaciones adyacentes, sin estaciones intermedias. 
 
 Las conexiones multipunto cuentan con un único canal de transmisión, 
compartido por todas las estaciones de la red. Cualquier dato o conjunto de 
datos que envíe una estación es recibido por todas las demás estaciones. 
La topología lógica se refiere al trayecto seguido por las señales a través de la 
topología física, es decir, la manera en que las estaciones se comunican a través del 
medio físico. Las estaciones se pueden comunicar entre sí directa o indirectamente, 
siguiendo un trayecto que viene determinado por las condiciones de cada momento 
[13]. 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 19 
 
1.7.10.1 Tipos de topología 
 
La topología de una red local es la distribución física en la cual se encuentran 
dispuestos los ordenadores que la componen. Hay que tener en cuenta un número 
de factores para determinar qué topología es la más apropiada para una situación 
dada. Existen varios tipos: en estrella, en bus, en anillo y topologías híbridas.[13]. 
 
 
1.7.10.2 Topología en Estrella 
 
La topología en estrella es uno de los tipos más antiguos de topologías. Se 
caracteriza porque en ella existe un nodo central al cual se conectan todos los 
equipos, de modo similar al radio de una rueda. En esta topología, cada estación 
tiene una conexión directa a un acoplador (conmutador) central. Una manera de 
construir esta topología es con conmutadores telefónicos que usan la técnica de 
conmutación de circuitos. Otra forma de esta topología es una estación que tiene 
dos conexiones directas al acoplador de la estrella (nodo central), una de entrada y 
otra de salida (la cual lógicamente opera como un bus). Cuando una transmisión 
llega al nodo central, este la retransmite por todas las líneas de salida (Figura 1.11) 
[13]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.11 Conexión Estrella 
1.7.11 Medios de Transmisión 
 
Los medios de transmisión, utilizados para transportar la información, se pueden 
clasificar como guiados y no guiados. Los medios guiados proporcionan un camino 
físico a través del cual se señal se propaga; entre otros cabe citar al par trenzado, al 
cable coaxial y a la fibra óptica. Los medios no guiados utilizan una antena para 
transmitir a través del aire, el vacio o el agua [17]. 
 
1.7.11.1 Par Trenzado 
 
El par trenzado es el medio guiado más económico y a la vez más usado. Consiste 
en un par de cables, embutidos para su aislamiento, para cada enlace de 
comunicación. Debido a que puede haber acoples entre pares, estos se trenza con 
pasos diferentes. El par trenzado consiste en dos cables de cobre embutidos en un 
aislante, entrecruzados en forma de espiral, cada par de cables constituye solo un 
enlace de comunicación. Normalmente se utilizan haces en los que se encapsulan 
varios pares mediante una envoltura protectora. En aplicaciones de larga distancia, 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 20 
 
la envoltura puede contener cientos de pares. el uso del trenzado tiende a reducir 
las interferencias electromagnéticas entre los pares adyacentes dentro de una 
misma envoltura, para este fin, los pares adyacentes dentro de una misma 
envoltura se trenzan con pasos de torsión diferentes , forman el par tiene un grosor 
que varía entre 0.4 y 0.9 mm. 
 
Características de transmisión. Para la señalización analógica punto a punto, 
un par trenzado puede ofrecer hasta 1 Mhz de ancho de banda , lo que permite 
transportar un buen número de canales de voz, en el caso de señalización digital 
punto a punto de larga distancia , se puede conseguir del orden de unos pocos 
Mbps; para distancias cortas. Actualmente ya hay disponibles productos 
comerciales que alcanzan los 100 Mbps e incluso 1 Gbps. Los cables de pares se 
pueden usar para transmitir tanto señales analógicas como señales digitales. Para 
señales analógicas, se necesitan amplificadores cada 5 o 6 km, para transmisiones 
digitales se requieren repetidores cada 2 o 3 km. [17]. 
 
1.7.11.2 Cable UTP 
 
El proceso inicia con la selección del nivel de cable apropiado, o mejor dicho la 
categoría. Actualmente no hay excusa válida para no usar cableado de Categoría 5. 
El cable a seleccionar será el Unshielded Twister Pair (UTP) Categoría 5 (Figura 
1.11), Categorías del cable UTP descrito en el estándar EIA/TIA 568B. 
 Cableado de categoría 1: El cableado de Categoría 1 se utiliza para 
comunicaciones telefónicas y no es adecuado para la transmisión de datos. 
 Cableado de categoría 2: El cableado de Categoría 2 puede transmitir 
datos a velocidades de hasta 4 Mbps 
 Cableado de categoría 3: El cableado de Categoría 3 se utiliza en redes 10 
BaseT y puede transmitir datos a velocidades de hasta 10 Mbps 
 Cableado de categoría 4: El cableado de Categoría 4 se utiliza en redes 
Token Ring y puede transmitir datos a velocidades de hasta 16 Mbps 
 Cableado de categoría 5: El cableado de Categoría 5 puede transmitir 
datos a velocidades de hasta 100 Mbps o 100 Base T 
 Cableado de categoría 6: Redes de alta velocidad hasta 1 Gbps (Equipos) 
La recomendación para la interconexión de diferentes dispositivos en red para que 
realicen una buena comunicación y de acuerdo a normas es la siguiente: [17]. 
 
Un cable directo se usa para conectar 
un: 
 Switch con un Router. 
 HUB con un Router. 
 Swithc con un Hub. 
 Hub con una PC. 
 Switch con una PC. 
Un cable cruzado se usa para conectar 
un: 
 Router con un Router. 
 HUB con un Hub. 
 Switch con un Swith. 
 PC con una PC. 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 21 
 
1.7.12 Normalizaciones 
 
Existen diferentes organismos cuyas normas afectan a diferentes ámbitos 
geográficos y a las telecomunicaciones (Figura 1.12), es decir, normas que rigen, a 
nivel continental o a nivel nacional. 
 
Entre las más importantes son: 
 ISO: International Standards Organization. Organización no 
gubernamental creada en 1947 a nivel Mundial, de cuerpos de normas 
nacionales, con más de 140 países y que generan normas para todas las 
áreas y coordina las creadas por organismos regionales. 
 ANSI: (American National Standards Institute). Organización Privada sin 
fines de lucro fundada en 1918, la cual administra y coordina el sistema de 
estandarización voluntaria del sector privado de los Estados Unidos. 
 EIA: (Electronics Industry. Association) Fundada en 1924. Desarrolla 
normas y publicaciones sobre las principales áreas técnicas: los 
componentes electrónicos, electrónica del consumidor, información 
electrónica, y telecomunicaciones. 
 TIA: (Telecommunications Industry Association). Fundada en 1985 después 
del rompimiento del monopolio de AT&T. Desarrolla normas de cableado 
industrial voluntario para muchos productos de las telecomunicaciones y 
tiene más de 70 normas preestablecidas. 
 IEEE: (Instituto de Ingenieros Eléctricos y de Electrónica). Principalmente 
responsable por las especificaciones de redes de local como 802.3 Ethernet, 
802.5 Token ring. ATM y las normas de Gigabit Ehternet[15]. 
Organismo Norma/Recomendación Contenido 
EIA Rs-232C Norma física RS-232 de 
comunicación serie. 
EIA/TIA 568 Cableado estructurado de redes de 
datos. 
IEEE 802 Redes de área Local. 
IEEE 802.3 Métodos de acceso al medioen 
redes Ethernet. 
IEEE 1284 Norma sobre las comunicaciones 
en paralelo. 
T abla 1 Norm as que afectan a las T elecom unicaciones 
 
Los cinco estándares principales de ANSI/TIA/EIA que gobiernan el cableado de 
telecomunicaciones en edificios son: 
 ANSI/TIA/EIA-568-A - Estándar de Cableado de Telecomunicaciones en 
Edificios Comerciales. 
 ANSI/TIA/EIA-569 - Estándar de Cableado de Telecomunicaciones en 
Edificios Comerciales. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 22 
 
Refrigeración 
Y
Recogida 
Ordeño
Clarificación ó Limpieza 
Transporte 
Recepción 
Industria 
Homogeneización Pasteurización Aditivos
Envasado
 ANSI/TIA/EIA-570 - Estándar de Alambrado de Telecomunicaciones 
Residencial y Comercial Liviano. 
 ANSI/TIA/EIA-606 - Estándar de Administración para la Infraestructura de 
Telecomunicaciones de Edificios Comerciales. 
 ANSI/TIA/EIA-607 - Requerimientos para Telecomunicaciones de Puesta a 
Tierra y Puenteado de Edificios Comerciales [15]. 
 
1.8 Proceso Lácteo 
 
EL proceso lácteo es muy importante ya que es uno de los principales 
contribuyentes al desarrollo humano ya que es vital para que las personas crezcan 
saludables y con energía. Además de ser uno de los principales productos que se 
exportan a nivel mundial. 
1.8.1 Introducción 
 
Se hablara sobre el proceso en general de la leche para poder ser envasada y 
posteriormente poder ser distribuida, a partir de la recepción de la materia prima 
hasta el producto final así como se mencionaran mediante un diagrama de bloques 
(Figura 1.12) Algunas de las etapas importantes dentro del proceso que tiene que 
pasar la leche para su conservación ya que sabemos que la leche es un medio 
óptimo para el crecimiento de microorganismos [18]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.12 Diagram a de bloques del proceso lácteo 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 23 
 
1.8.2 El ordeño 
 
Es el órgano más importante del sistema. Bien concebida, la sala de ordeno permite 
la producción de leche de buena calidad. Los animales aportan su leche del mismo 
lugar donde luego se conserva, de tal modo que aquella tiene un mínimo de 
manipulaciones. El suelo será de baldosas o cemento, y el local debe poder 
limpiarse rápida y completamente ya que se deben de cubrir ciertos factores como 
los siguientes [18] 
 
 Producir una leche de buena calidad 
 Higiene 
1.8.3 Cuidados después del ordeño 
 
El circuito recorrido por la leche tras el ordeño hasta su utilización debe de ser lo 
más corto, lo más al abrigo del aire y lo más frio posible. [18] 
Un caso particular está representado por la leche cruda destinada a su venta para 
el consumo humano. Debe recibir una cuidadosa vigilancia con el fin de que se 
mantenga conforme con la reglamentación especial [18]. 
1.8.4 Principios de limpieza y desinfección 
 
Debe de haber una imperiosa necesidad de una limpieza completa y de una 
desinfección eficaz de todos los aparatos y recipientes en contacto con la leche. ya 
que se ha comprobado que esto es una causa más para poder asegurar la calidad de 
la leche cruda. La leche es un producto alimenticio, por lo que la limpieza del 
material con el cual este tipo de productor suele estar en contacto por lo cual se 
debe seguir un reglamente específico como el que se menciona a continuación: [18] 
 Los recipientes deben lavarse y escurrirse inmediatamente antes de su 
utilización 
 Los productos utilizados deben asegurar la eliminación de todas las 
impurezas, así como la destrucción de todos los microorganismos patógenos 
 Un enjuague debe eliminar todos los restos de productos de limpieza; deben 
hacerse como agua potable, o de preferencia con vapor de agua .El escurrido 
o secado, sin enjuagar, deben terminar las operaciones no se pueden utilizar 
cualquier producto comercial de limpieza y designación 
 El escurrido o secado, sin enjuagar, debe terminar las operaciones 
 No se puede usar cualquier producto comercial de limpieza y desinfección; 
en algunos casos, incluso productor comunes, como los amoniacos, están 
prohibidos en las lecherías [18] 
 
1.8.5 Refrigeración de la leche 
 
La finalidad de la refrigeración es conservar la calidad de la leche hasta el 
momento de su utilización o transformación. En ningún caso puede aquella, por lo 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 24 
 
tanto, mejorar la calidad de la leche recogida en malas condiciones, pero impide la 
agravación de la contaminación. El equipar de las granjas con aparatos frigoríficos 
es uno de los más importantes objetivos del plan de modernización de la 
agricultura [18]. 
 
Tras el ordeño, la leche forma en los recipientes una masa tibia cuando ya la 
temperatura se acerca a los 33 ºC y que se enfría muy lentamente al aire, aunque el 
ambiente sea fresco. la leche del ordeño de la tarde puede de esta forma 
permanecer 10 a 12 horas a un temperatura que decrece poco a poco de 33 a unos 
20 ºC; es decir en condiciones muy favorables para la multiplicación de numerosas 
especies de bacterias[18]. 
 
Por lo cual es necesario descender rápidamente a una temperatura inferior a 10 ºC 
para impedir el desarrollo de las bacterias, este límite conviene para la recogida 
diaria de la leche en la granja. Si se puede estabilizar la leche, con el fin de realizar 
una recogida cada dos o tres días, el enfriamiento debe ser más acusado, hasta los 
4ºC como máximo [18]. 
 
La refrigeración debe intervenir desde el momento del ordeño; su eficacia es tanto 
más grande cuando más pobre sea la leche en gérmenes. Debe tenerse en 
consideración. Cuando más largo es, más energético debe de ser el enfriamiento. A 
temperaturas de 0 ºC se impide todo desarrollo microbiano durante 4 a 5 días. 
 
La leche debe ser enfriada por debajo de los 4 ºC inmediatamente después del 
ordeño y debe mantenerse a esta temperatura durante todo el tiempo que 
transcurra hasta llegar a la industria como se muestra en la (Figura 1.13) en la cual 
se muestra la leche cruda por un sistema cerrado desde la vaca hasta el tanque de 
enfriamiento [18]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.13 La leche cruda por un sistem a cerrado desde la vaca hasta el tanque de 
enfriam iento 
1.8.6 Condiciones óptimas de la refrigeración de la leche 
 
A 40 º C la conservación de la leche en depósitos de refrigeración en la granja 
durante un tiempo superior a dos días (más de cuatro ordeños en un deposito) 
tiene riesgos importantes la barrera del millón de gérmenes no se alcanza 
generalmente hasta transcurridos 3 días. Pero hay que tomar en cuenta el 
transporte y el almacenamiento de la fábrica [18]. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 25 
 
A 0-1ºCla leche de buena calidad bacteriológica inicial puede recogerse dos veces 
por semana solamente (conservación 3 y 4 días).Refrigeración instantánea, 
inmediatamente después del ordeño es una práctica muy recomendable, sobre todo 
cuando leche se destina a fabricas especiales, como puede ser las de alimentos, ello 
exige la instalación de un intercambiador de calor de pequeño tamaño, lo mas 
corrientemente de placas y un circuito de agua fría [18]. 
 
1.8.7 Transporte de leche 
 
Cuando la leche es recogida y transportada hacia las industrias. Durante este 
proceso la temperatura de la leche no puede superar los 10 °C. El transporte puede 
efectuarse en vehículos equipados con cisternas isotérmicas, pero en cualquiera de 
los casos el transporte nos debe asegurar que la temperatura de la leche no 
sobrepase los 10 °C.En verano debe realizarse rápidamente, antes de las horas del 
calor. Los recipientes y las cisternas que se hayan empleado para el transporte de la 
leche cruda deberán limpiarse y desinfectarse antes de volver a utilizarse. Como se 
muestra en la (Figura 1.14) un ejemplo un camión cistina suministrándole leche 
bronca [18]. 
 
Figura 1.14 Ejem plo de un cam ión cisterna sum inistrándole leche bronca 
1.8.8Recepción de la leche en la industria 
 
Las industrias tienen departamentos especiales de recepción para la leche 
procedente de las granjas. Lo primero que se hace en la recepción es determinar la 
cantidad de leche recibida. Dicha cantidad se registra en el sistema de pesado que 
la industria utiliza para comprarla después la cantidad de producción terminada 
(Figura 1.15). Las cisternas que llegan a la central entran hasta la sala de recepción, 
que en ocasiones es lo suficientemente grande como para albergar varios vehículos 
(Figura 1.16) [18]. 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 26 
 
 
Figura 1.15 Cisterna sobre una báscula puente 
 
 
Figura 1.16 Medida de la leche que se reciben la zona de recepción de cisternas 
1.8.9 Clarificación o limpieza 
 
La leche se filtra o bien se centrifuga para sacar la suciedad y otras partículas 
sólidas. Puede haber células del tejido de las ubres y leucocitos, sobre todo si la 
vaca ha tenido mamitis (una infección de las ubres) (Figura 1.17). 
 
 
Figura 1.17 Proceso de clarificación ó Lim pieza 
1.8.10 Homogeneización 
 
La homogeneización, que consiste en la dispersión del glóbulo graso de la leche, el 
cual provoca la al punto de no permitir su separación tras un periodo prolongado 
en reposo. Así, los glóbulos, cuyos diámetros varían de 1 a 5 micrones, se 
desintegran mediante fricción a muy alta presión en 1 micrón o menos, se 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 27 
 
dispersan por toda la leche, dándole una estructurahomogénea(de ahí el nombre de 
este proceso) (Figura 1.18). 
 
 
Figura 1.18 Hom ogeneización de la leche antes y después del proceso 
 
1.8.11 Pasteurización 
 
Se trata de leche a la que, por medio de procesos de calentamiento (Figura 1.19), se 
le han eliminado totalmente los gérmenes patógenos (aquellos que pueden causar 
enfermedades) y prácticamente la totalidad (más del 99 %) de la flora natural 
bacteriana (llamada flora láctica) que presenta la leche cruda. 
 
Esta flora bacteriana propia de la leche cruda no significa riesgos para la salud de 
las personas, pero debe ser reducida porque provoca un deterioro del producto. 
 
Esto implica un tratamiento térmico, a temperatura suficiente durante un tiempo 
determinado, de acuerdo con el sistema aprobado por la legislación de cada país. 
 
Este proceso puede variar en la relación temperatura-tiempo, siendo la más 
utilizada la de alta temperatura- corto tiempo (72 °C / 78 °C por 15 segundos). 
 
Este proceso de pasteurización se realiza sin modificar, prácticamente, la 
naturaleza físico - química y nutritiva de la leche, que permanece intacta. 
 
 El intervalo en que la leche pasteurizada podrá permanecer desde el momento de 
su pasteurización hasta su fecha de vencimiento es variable, pero en ningún caso 
podrá. 
 
Exceder los cinco días y debe ser mantenida en refrigerador a una temperatura no 
superior a 8 grados centígrados. 
 
Una vez que la leche se ha pasteurizado, se deposita en silos, donde se mantiene 
hasta su utilización. (Figura 1.20) 
 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.8.12 Aditivos 
 
Están permitidos los estabilizante (sobre todo en la desnatada esterilizada), 
emulgentes, etc. En los últimos años está de moda la leche con minerales, 
vitaminas, fibra, y otros nutrientes, que se añaden en polvo en este punto del 
proceso. Todo aditivo debe figurar en la etiqueta. 
 
1.8.13 Envasado 
 
Una vez que la leche se ha pasteurizado, se deposita en silos, donde se mantiene 
hasta su utilización. La leche es bombeada hacía las máquinas envasadoras, donde 
se deposita la leche, utilizando un control de volumen para el llenado. Las bolsas se 
sellan con calor para garantizar la seguridad y calidad del producto. El producto 
pasa por un equipo codificador que se encarga de colocarle la fecha de vencimiento 
y el lote de fabricación en la parte posterior de la bolsa. Los envases son colocados 
automáticamente por los stackers dentro de las canastas ya limpias y se las 
canastas se apilan en estibas de 5 canastas de alto. El producto se mantiene en las 
cámaras de refrigeración hasta su despacho a una temperatura de 2 a 5° C. El 
producto es distribuido en camiones refrigerados [1 1 ]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.20 Silo 
de alm acenam iento 
Figura 1.19 Intercam biador 
de calor 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 29 
 
Capítulo 2 Comunicación entre máquinas envasadoras y selección de 
dispositivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 30 
 
2.1 Introducción 
 
En la actualidad, la mayoría de los procesos no cuentan con un sistema de gestión 
de información en tiempo real, ya que la gestión de algún proceso se lleva a cabo 
por medio de un operador lo cual es uno de los principales problemas que enfrenta 
la industria hoy en día, durante un determinado tiempo el hombre presenta un 
pequeño desgaste físico y empiezan a cometer errores. Gracias a estos sistemas de 
gestión de información en tiempo real es posible registrar y guardar información de 
los diferentes eventos ocurridos en el proceso, por lo cual en el siguiente capítulo se 
mencionara los dispositivos a utilizar para poder llevar a cabo una red de 
comunicación entre máquinas envasadoras de leche. 
 
2.2 Envasado de leche 
 
El envasado de leche es un proceso de vital importancia para asegurar la calidad de 
la leche por lo que se requiere de un constante monitoreo. Por lo cual se tomó en 
cuenta esta parte del proceso ya que actualmente no cuenta con un sistema de 
gestión y monitoreo debido a la antigüedad de las máquinas, se tomaron en cuenta 
las problemáticas que se venían presentando, así como un análisis del proceso, 
para poder saber cómo está trabajando actualmente y con qué dispositivos se 
cuentan para poder hacer la instalación de nuevos dispositivos y adecuarnos al 
proceso actual (Figura 2.1) 
 
 
 
 
Figura 2.1 Proceso en el cual la gestión de inform ación y m onitoreo se lleva a cabo 
m ediante un operador 
 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 31 
 
2.3 Estudio y análisis del sistema ya existente 
 
 
En 1954 comenzó a operar en Tlalnepantla la que hoy es la planta de Liconsa que 
produce el mayor volumen de lácteo de todas sus unidades industriales; esta planta 
que inicialmente tenía capacidad para rehidratar 30 mil litros diarios de leche, a la 
fecha tiene capacidad para producir un millón 266 mil litros de leche al día , 
teniendo una producción de 25, 332,052 Litros de leche al mes . 
 
Actualmente la planta de encuentra ubicada Avenida Presidente Juárez # 58 
Colonia Centro, CP. 54000 Tlalnepantla, México (Figura 2.2) en la cual nos 
enfocaremos al área de envasado (Figura 2.3) 
 
 
Figura 2.2 Ubicación de la planta 
 
Figura 2.3 Ubicación área envasado 
 
 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 32 
 
El proceso de envasado actualmente no cuenta con un sistema de red, ni de 
monitoreo y las máquinas envasadoras de leche trabajan de forma 
semiautomática. Es por eso que se tienen ciertas perdidas de producción y el 
mantenimiento no es el adecuado. 
 
Se cuenta con una nave industrial (Figura 2.4) cuyas dimensiones son de 20 m de 
ancho x 30 m longitud (Figura 2.5) haciendo un área aproximada de . 
 
 
Figura 2.4 Muestra el diseño de la nave industrial existente. 
 
 
Figura 2.5 Dim ensiones de la nave industrial. 
 
 
Ingeniería en Control y Automatización Página 33 
 
Se cuenta con 12 máquinas envasadoras, instaladas en el interior de la nave 
industrial, cuya función es el envasado de la leche. Con una distancia aproximada 
de 3 metros entre cada máquina (Figura 2.6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.6 Distribución de m áquinas envasadoras 
Cada máquina envasadora de leche cuenta con su propio PLC y sus propios 
dispositivos