chicle

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Control Automático de una Planta de Producción de Chicle
Juan Pedro Cano Velásquez - jpcanov@eafit.edu.co
Santiago Chávez Castaño - schavezc@eafit.edu.co
Jairo Enrique Estrada Vesga - jeestradav@eafit.edu.co
Mariana Gutiérrez Ardila - mgutierrea@eafit.edu.co
Camilo Restrepo Vargas - jcrestrepov@eafit.edu.co
Emanuel Villa Maldonado - evillam@eafit.edu.co
I. INTRODUCCIÓN
Buble Up es una empresa colombiana enfocada la producción
de chicles veganos, es decir, sin la utilización de productos
derivados de los animales. Como alternativa a la gelatina
(producto animal comunmente usado en la fabricación de
goma de mascar) se utiliza ácido esteárico de origen vegetal,
puesto que este presenta similiares caracterı́sticas a esta. Este
producto ha sido diseñado pensando en la población vegana,
debido a las pocas alternativas disponibles en el mercado. De
igual manera, debido a la naturaleza idéntica de estos chicles,
frente a los convencionales, también se tiene en cuenta al
público general que simplemente desea consumir una goma
de mascar.
La planta de producción de esta empresa cuenta con seis sub-
procesos que aseguran la máxima calidad del producto, una
vez estos sean empacados, empaquetados y posteriormente,
distribuidos. Actualmente esta planta tiene la capacidad de
producir 500 chicles cada hora.
Para el año 2026 se espera que las ganancias netas anuales
de la empresa aumenten en un 20 %, y para alcanzar este
objetivo se pretende maximizar la capacidad de producción
de 500 a 1000, y de igual manera, reducir los costos que
conlleva la utilización de mano de obra. La opción mas viable
para llegar a este fin es la automatización de la planta. Para
alcanzar la autonomı́a total de los procesos se realizó un
estudio de control automático el cual propone las diferen-
tes estrategias que permitirán solventar esta problemática.
Adicionalmente, la incorporación de procesos autónomos
disminuirá de manera sustancial la tasa de error.
Para el estudio de control se realizaron las MEF´s que
garantizaban el funcionamiento autónomo e independiente de
cada máquina necesaria para cumplir el subproceso para el
cual está designada. Esto se llevó a cabo en el software MEF
Designer. Asimismo, el estudio arrojó que para solucionar la
problemática se deberá hacer uso de 2 PLC´s, 57 sensores
y 38 actuadores.
En este informe se evidencia la información necesaria para
resolver la problemática, dispuesta de la siguiente manera:
Descripción del proceso, en donde se ilustrará y describirá
tanto el proceso productivo como la ubicación de las máqui-
nas en la planta; Instrumentación, en donde se enumerarán
todos los actuadores y sensores que se utilizarán; Desarrollo
del problema del control lógico, en donde se expondrá la
problemática de control de cada subproceso, para posterior-
mente darle solución.
II. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO
La planta de producción de chicle cuenta con seis subpro-
cesos, los cuales garantizan el cumplimiento de los requeri-
mientos de calidad necesarios para una óptima producción
de goma de mascar. Estos son: Almacenamiento, el cual
consta de tres tolvas que reciben la materia prima necesaria,
para ası́ almacenarla hasta que se de inicio al proceso de
producción. Cuando se va a dar inicio, este material pasa por
unas tuberı́as al siguiente proceso; Mezclado, el cual consta
de una máquina mezcladora con una resistencia que a medida
que revuelve la materia prima, la va calentando, para que de
esta forma esta adquiera la consistencia, el color y el sabor
adecuados. Este proceso se debe realizar durante 20 minutos
para que los tres ingredientes se puedan integrar. Esta mezcla
llega al siguiente proceso por medio de una banda transpor-
tadora; Extrusión, el cual consta de una máquina extrusora,
la cual posee una resistencia que permite llevar la mezcla
a altas temperaturas, para que esta pueda ser empujada mas
facilmente por un tornillo sin fin, a una boquilla que le da
forma de tira rectangular. Esta tira se transporta al siguiente
proceso por medio de una banda transportadora; Refrigerado,
el cual consta de una máquina refrigeradora con una banda
transportadora interna, en la cual permanece la tira de chicle
durante un periodo prolongado, con el fin de disminuir
la temperatura de esta. La tira de chicle enfriado pasa al
siguiente subproceso por medio de una banda transportadora;
Cortado, en este subproceso ingresa la tira de chicle frı́a la
cual es transportada por una banda interna de la máquina de
cortado, esta banda se mueve a una velocidad constante para
garantizar que el corte de la tira sea en porciones iguales.
Control
Las porciones de chicle son transportadas por una banda al
siguiente subproceso; Empaquetado, este subproceso consta
de dos procesos simultáneos, el primero cuenta con una
banda interna la cual alimenta las pinzas de envoltorio, de
estas sale los trozos de chicle envueltos. Los chicles ingresan
a una tolva donde inicia el segundo proceso, allı́ se realiza un
pesado para garantizar el empacado de 140 unidades en cajas,
posteriormente las cajas son transportadas por otra banda
interna sobre la cual se realiza también el sellado de cajas,
sobre la cual sale el producto final y se da la finalización del
proceso de producción.
A cada uno de los subprocesos se le asignará una letra de la
siguiente manera:
Almacenado = A
Mezcla = B
Extrusión = C
Refrigerado = D
Corte = E
Empacado = F
Toda la producción de la planta de chicles ocurre dentro de
un contenedor que posee 12m de largo, 2.3m de ancho y
2.3m de alto. A continuación, se evidencia el layout de las
máquinas dentro de la planta:
Fig. 1. Layout de la planta
Las máquinas fueron ubicadas de manera que no se ex-
cedieran las dimensiones del contenedor donde va situada
la planta de producción. Esta distribución facilita el flujo
de material e información de manera consecutiva y ası́ se
evitan desperdicios como transportes innecesarios y esperas.
Adicionalmente, esta ubicación permite suplir la demanda
requerida e incluso aumentar el rendimiento y eficiencia
de la empresa. Asimismo, los números hacen referencia al
orden de cada subproceso, el cual se observa desde una vista
superior.
A continuación se enseña el diagrama de flujo de la planta
de producción de chicles:
A. Subprocesos
A.1. Almacenado: Las 3 tolvas que tenemos en nuestra
micro empresa tiene como función almacenar 3 ingredientes
y dar paso a estos mismos para el siguiente subproceso, en
este caso la mezcladora.
Fig. 2. Diagrama de flujo
A.2. Mezcla: Para la elaboración del chicle se necesitan
3 ingredientes principales estos son ácido esteárico (Base),
anilina (color), edulcorante (azúcar), todos estos ingredientes
salen de las tolvas e ingresan en la mezcladora, la cual se
encarga de mezclar todos estos, el proceso de mezcla dura
unos 20 minutos aproximadamente, logrando ası́ una masa
homogénea, esta se retira de la maquina y esta lista para ser
enviada al siguiente proceso de extrusión.
A.3. Extrusión: Después de haber pasado el proceso de
mezclado se tendrá una masa con consistencia de masa de
pan, pero en este estado no es posible empaquetarlo, por lo
que esta masa debe ser transformada. Para esto se usará una
extrusora, en la cual ingresará el material mezclado, para
posteriormente ser calentado por una resistencia y empujado
por una boquilla, lo que hará que esta masa sea una larga
tira de goma de mascar.
A.4. Refrigerado: Debido a que el chicle que sale de la
máquina extrusora alcanza una temperatura bastante alta, con
la cual es capaz quedarse pegado en la cuchilla de corte,
y de arruinar los papeles con los que será empacado, este
debe ser refrigerado. Por esto, dentro del proceso productivo,
se cuenta con un subproceso de refrigeración, en el que
se disminuye sustancialmente la temperatura de la lı́nea
de goma de mascar. Esto sucede dentro de una máquina
de refrigerado con una banda interna, que se mueve lo
suficientemente lento como para asegurarseque el material
permanece dentro de ella al rededor de 15 minutos. Este
ambiente de refrigerado debe permanecer a una temperatura
de entre 3°C y 7°C, por lo que se cuenta con un compresor
que se encarga de comprimir un lı́quido refrigerante, que pasa
por un intercambiador de calor. Cuando el material ingresa al
espacio de refrigerado, se enciende un ventilador que absorbe
el aire caliente, y lo expulsa por el intercambiador de calor,
de modo que este salga a una baja temperatura sobre la lı́nea
de goma de mascar.
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Control
A.5. Corte: El chicle, dentro de su proceso de producción,
debe pasar por el subproceso de corte, el cual consiste en
una cortadora que recibe la tira de chicle desde la banda
transportadora y la deja caer en una banda transportadora
interna que se desplazará de forma constante para que la
máquina pueda realizar el corte. El sistema cuenta con una
cuchilla que se acciona por un motor al momento de recibir
la señal de un sensor de distancia. Lo que se busca es
automatizar este proceso lineal en el que se corta el chicle en
pedazos individuales antes de ser empaquetado y empacado.
Esto con el fin de que los chicles sean de un mismo tamaño,
cada uno de 20mm.
A.6. Empacado: El subproceso de Empacado esta confor-
mado por dos procesos simultáneos, el primer proceso es
envolver las porciones de chicle cortado, en este proceso
se cuenta con 9 sensores y 8 actuadores, que garantizan el
correcto funcionamiento de dicho subproceso y la calidad del
producto. El segundo proceso es el empaquetado en cajas
de 140 unidades de chicle envuelto, este proceso cuenta
con 9 sensores y 5 actuadores, acá se garantiza el llenado
correcto de las cajas y su sellado, para posteriormente ser
comercializado o almacenado.
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I. INSTRUMENTACIÓN
A continuación se enseñarán la cantidad de sensores y actua-
dores, respectivamente, para cada uno de los subprocesos:
A: 4 y 2
B: 7 y 4
C: 6 y 5
D: 5 y 5
E: 7 y 3
F: 19 y 11
Sistema de bandas: 8 y 4
Sistema de seguridad: 1 y 4
En las tablas I a las XII se especifican los sensores y
actuadores, por cada subproceso. De igual manera se listarán
cuales necesitan ADC/DAC.
TABLE I
SENSORES - A
Subproceso Sensor Variable ADC
A Peso WE ADC
A Presencia PR -
A Inclinación LE ADC
A Humedad HU ADC
TABLE II
ACTUADORES - A
Subproceso Actuador Variable DAC
A Válvula VA -
A Alarma AM -
TABLE III
SENSORES - B
Subproceso Sensor Variable ADC
B Peso WE ADC
B Inclinación LE ADC
B Viscosidad VI ADC
B Presencia PR -
B Velocidad SP ADC
B Temperatura TE ADC
B pH PH ADC
TABLE IV
ACTUADORES - B
Subproceso Actuador Variable DAC
B Motor MD -
B Válvula VA -
B Resistencia RE -
B Alarma AM -
TABLE V
SENSORES - C
Subproceso Sensor Variable ADC
C Temperatura TE ADC
C Presión PC ADC
C Presencia PR ADC
C Viscosidad VI ADC
C Humedad HU ADC
C Inclinación LE ADC
TABLE VI
ACTUADORES - C
Subproceso Actuador Variable DAC
C Válvula VA -
C Motor MD -
C Resistencia RE -
C Pistón PT -
C Alarma AM -
TABLE VII
SENSORES - D
Subproceso Sensor Variable ADC
D Temperatura TE ADC
D Presencia PR -
D Presión PC ADC
D Humedad HU ADC
D Inclinación LE ADC
TABLE VIII
ACTUADORES - D
Subproceso Actuador Variable DAC
D Motor MD -
D Válvula VA -
D Compresor CP DAC
D Alarma AM -
D Ventilador VN -
TABLE IX
SENSORES - E
Subproceso Sensor Variable ADC
E Presencia PR -
E Posición PO -
E Inclinación LE ADC
E Temperatura TE ADC
E Distancia DT ADC
E Viscocidad VI ADC
E Reinicio RS -
En las figuras 3, 4 y 5 se evidencia la comparación entre
la cantidad de sensores y actuadores existentes en la planta,
y de igual manera, la cantidad de cada tipo de sensores y
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TABLE X
ACTUADORES - E
Subproceso Actuador Variable DAC
E Motor MD -
E Motor analógico MA DAC
E Alarma AM -
TABLE XI
SENSORES - F
Subproceso Sensor Variable ADC
F Posición PO -
F Presencia PR -
F Temperatura TE ADC
F Humedad HU ADC
F Velocidad SP ADC
F Inclinación LE ADC
F Peso WE ADC
TABLE XII
ACTUADORES - F
Subproceso Actuador Variable DAC
F Motor MD -
F Pistón PT -
F Alarma AM -
actuadores.
En las figuras 6 y 7 se muestra la cantidad de sistemas de
adquisición ADC vs. DAC para cada PLC.
La figura 8 representa el diagrama SCADA de la planta de
producción:
Fig. 3. Cantidad de sensores vs. actuadores
Fig. 4. Cantidad de cada tipo de sensor
Fig. 5. Cantidad de cada tipo de actuador
Fig. 6. Sistemas de aquisición para PLC 1
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Fig. 7. Sistemas de aquisición para PLC 2
Fig. 8. Diagrama SCADA
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I. CONTROL LÓGICO DEL PROCESO PRODUCTIVO
A continuación se mostrará la nomenclatura de los sı́mbolos
utilizados en las mef:
+: condicional tipo or
*: condicional tipo and
!: negación
ll: condicional tipo or
&&: condicional tipo and
Formulado por Emanuel Villa Maldonado - 1020496498
A. Sistema de almacenamiento
En esta máquina se dará inicio con todo el proceso de la
micro fábrica en el contenedor. El problema es diseñar un
controlador lógico, el cual abra y cierre las válvulas cierto
tiempo y peso determinado por unos sensores, para que ası́
pasen al otro proceso. Para lograr esto se utilizarán 4 sensores
y 2 actuadores
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 9. Caja negra del controlador - Proceso A
A continuación se describirán las entradas y salidas utilizadas
en este subproceso:
A.1. Sensores:
WE: Mide cuanta materia prima va ingresando a la
mezcladora y en el controlador lógico es el que da
mando cerrar las válvulas.
PR: Se encarga de identificar si hay o no materia prima
en las tolvas y en el controlador lógico enciende un
indicador.
LE: Este se encarga de censar la inclinación de la
máquina, que esté se encuentre correctamente posicio-
nado. En caso de que no, se enciende la alarma.
HU: Se encarga de censar de que todas las tolvas se
encuentren en un 35 % de humedad, si no cumple esto
se enciende la alarma.
A.2. Actuadores:
VA: Se encarga de abrir y cerrar el paso de materia
prima hacı́a el proceso de mezcladora.
AM: Se encarga de parar el proceso en cualquier
momento si no se cumplen las condiciones estipuladas,
en caso de tener errores o alteraciones.
A.3. Protocolo:
El proceso inicia en EA0 donde no tenemos materia
prima en las tolvas.
El operario ingresa en cada tolva cada ingrediente: ácido
esteárico, edulcorante, anilina. De este modo pasarı́amos
al EA1 donde se activa el sensor de presencia y nuestros
actuadores estarı́an (Va=1; IP=1; Am=0), esto quiere
decir que las válvulas estarı́an abiertas permitiendo el
paso de la materia prima y el indicador de presencia
encendido, indicando que las tolvas están llenas.
Luego de esto el sensor de WE va permitir que las VA
este abierta hasta que pasen 30 Kg de materia prima,
que estará divida en 25 Kg de ácido esteárico y 2.5 Kg
entre edulcorante y anilina.
Pasado esto las VA se cierran, reiniciamos el temporiza-
dor, el sensor peso y estarı́amos en EA2, (Va=0; IP=1;
Am=0).
Pasado 1800 segundos volveremos a abrir las VA para
iniciar nuevamente con el proceso.
Adicional a esto, tenemos el EA3 que pasara activar
la AM si el sensor de HU detecta diferente del 35 %,
(Am=1).
Y el EA4 que igualmente activa la AM si el sensor de
LE detecta que esta diferente de 15°, (Am=1)
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento del sistema de almacenamiento:
Fig. 10. MEF subproceso A
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
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Fig. 11. IHM - Subroceso A
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Formulado por Jairo Enrique Estrada Vesga -
1001577232
B. Máquina de Mezclado
Para la mezcladora existe el problema de como controlar la
consistencia de la masa durante el proceso, ya que se tiene
estimado untiempo de 20 minutos para todo el proceso
de mezcla, pero este no asegura que la masa alcance la
consistencia deseada, por ende, se debe programar el sensor
de viscosidad para asegurar la consistencia. Para lograr esto
se utilizarán 7 sensores y 4 actuadores.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 12. Caja negra del controlador - Proceso B
A continuación se describirán las entradas y salidas utilizadas
en este subproceso:
B.1. Sensores:
WE: Se encarga de medir cuanta materia prima entra
en la mezcladora, ya que todo el proceso necesita
cantidades exactas.
LE: Se usa principalmente en la máquina, para saber la
inclinación de esta y si se presenta un volcamiento se
active la alarma y se detenga el proceso.
VI: Se encarga de medir la viscosidad de la mezcla
y detener la maquina cuando este alcance el valor
deseado.
PR: Este se encarga de avisar al controlador cuando
ha ingresado la materia prima y cuando ha salido por
completo la mezcla de la máquina.
SP: Este mide la velocidad del motor eléctrico, para
que este siempre funcione a una velocidad constante sin
alterar el proceso, y si el motor presenta algún cambio
en su velocidad ya sea por una falla técnica se active la
alarma.
TE: Este mide la temperatura dentro de la mezcladora
y se encarga de prender y apagar la resistencia depen-
diendo de la medida que se tenga.
PH: Esta mide constantemente el nivel de pH de la
mezcla para evitar que se dañe durante el proceso, si
este valor varı́a mucho del rango estipulado implicarı́a
un problema en la producción, resultando en un estado
de alarma.
B.2. Actuadores:
MD: Este se encarga de mover las aspas de la mezcla-
dora para remover toda la materia prima dentro de esta,
logrando la masa para el chicle.
VA: Cuando esta se abre permite la salida de la mezcla
ya lista para ser transportada al siguiente subproceso.
RE: Esta se encarga de aumentar la temperatura dentro
de la mezcladora, con el fin de ayudar al proceso,
logrando ası́ que las materias primas se puedan derretir
con mayor facilidad y se unifiquen en una mezcla
homogénea.
AM: Esta se activa siempre y cuando alguno de los
sensores reporte alguna falla o error, esto con el fin de
avisar a los operarios que es necesario revisar alguna
parte del proceso.
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento de la máquina mezcladora:
Fig. 13. MEF subproceso B
B.3. Protocolo:
El proceso empieza en el estado EB0 donde todos
los actuadores están apagados (VA=0; MA=0; RE=0;
AM=0;)
Cuando la materia prima (Acido esteárico, anilina, edul-
corante) ingresa a la mezcladora se activa el sensor de
presencia (PR) y el sensor de peso (WE) el cual debe
de medir 30 Kg de materia.
Al activarse estos sensores se pasa al siguiente estado
(EB1), donde se empieza el proceso de mezclado.
En este estado se activan los actuadores de motor
eléctrico y resistencia (VA=0; MA=1; RE=1; AM=0;),
donde el motor eléctrico se encarga de mover las aspas
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al interior de la mezcladora las cuales se encargan de
mover toda la materia prima, y la resistencia aumenta
la temperatura al interior de la máquina, esto con el
objetivo de ayudar a que los ingredientes se derritan
mucho más fácil y se mezclen bien.
El proceso de mezclado dura aproximadamente 20 mi-
nutos, por esto mismo se coloca la condición de que el
temporizador (T≥ 1200) y se mide la viscosidad de la
masa con el sensor (VI) esta debe de ser VI=9.6*10−3.
Terminado el proceso de mezclado la masa ya cuenta
con una consistencia homogénea y esta lista para pasar
al próximo subproceso, y pasando al siguiente estado
(EB2).
En el estado EB2 (VA=1; MA=1; RE=0; AM=0;) se
activa la válvula (VA) por la cual saldrá la mezcla,
con ayuda del motor que este sigue funcionando para
empujar la masa a través de la válvula.
La masa cae sobre la banda transportadora la cual se
encarga de mover la mezcla hasta la próxima máquina.
El estado EB3 se programa como un estado de alarma,
esto con el objetivo de que si alguno de los sensores que
son: nivel (LE), velocidad (SP), pH (PH) o temperatura
(TE), se llegaran a activar por algún motivo significarı́a
que existe un problema en la maquina o el proceso,
por esto mismo es necesario detener todo el proceso
y activar la alarma (VA=0; MA=0; RE=0; AM=1;)
avisando a los operarios de la existencia del problema.
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
Fig. 14. IHM - Subroceso B
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Formulado por Camilo Restrepo Vargas - 1152223411
C. Máquina extrusora
Después de haber pasado el proceso de mezclado tendremos
una masa con consistencia de masa de pan, pero en este
estado no es posible empaquetarlo, por lo que esta masa debe
ser transformada. Para esto usaremos una extrusora que hará
que esta masa sea una larga tira de masa. Se debe logra que
todo el proceso de extrusión se realice de forma autónoma,
activando los diferentes actuadores existentes dentro de la
máquina, una vez que los sensores detecten que la masa de
chicle ingresó al sistema. Para lograr esto se utilizarán 6
sensores y 5 actuadores.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 15. Caja negra del controlador - Proceso C
A continuación se describirán las entradas y salidas
utilizadas en este subproceso:
C.1. Sensores:
PC: Verifica que la fuerza que recibe la válvula al ser
empujada por el pistón no deteriore el sistema.
HU: Verifica la humedad que tiene la masa del chicle
mientras pasa a través del tornillo.
LE: Estará constantemente comprobando que la máqui-
na no pierda su balance.
TE: Verifica que el conjunto de resistencias funcione
óptimamente y mantengan el cuerpo del extrusor a la
temperatura correcta.
PR: Verifica que haya masa en el tornillo para no gastar
energı́a en vano.
VI: Verifica que la masa tenga la textura indicada luego
de haber sido extruida.
C.2. Actuadores:
VA: Se encargará de abrirse en el momento en que la
presión de la masa sea suficiente para continuar con el
proceso.
MD: Se encargará de encender el tornillo sin fin dentro
de la extrusora, este es digital puesto que no tiene
variaciones en la velocidad a la que se mueve.
RE: Debido a que requerimos calentar la masa para po-
der hacer el proceso de transformación, las resistencias
se encenderán para otorgar el calor necesario.
PT: Será el encargado de empujar constante y cı́clica-
mente la masa del chicle para continuar con su proceso
productivo.
AM: Será la encargada de detener completamente todo
el proceso productivo en caso de que alguno de los sen-
sores ası́ lo dictamine por salir de los valores permitidos.
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento de la máquina extrusora:
Fig. 16. MEF subproceso C
Fig. 17. MEF subproceso C parte 1
Fig. 18. MEF subproceso C parte 2
C.3. Protocolo:
En el estado EC0, todos los actuadores se encuentran
desactivados. En el momento en que el sensor de
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presencia PR se active comenzará el siguiente estado
EC1.
En el estado EC1, se activa la resistencia RE, con el fin
de elevar la temperatura dentro del barril de la extrusora,
en el momento en que el sensor de temperatura TE
alcance el valor necesario, pasaremos al siguiente estado
EC2.
En el estado EC2, continuará encendida la resistencia
RE, y se encenderá el tornillo mediante el motor digital
MD, para de esta forma comenzar a mover la masa que
recibimos en el proceso anterior (mezcla). Este proceso
tiene dos posibles salidas, la de emergencia y la que
serı́a el recorrido en caso de que todo vaya correcto. . . el
de alarma lo explicaré al final, por lo que en el momento
en que la masa adquiere la viscosidad ideal, pasaremos
al siguiente estado EC3.
En el estado EC3, continuaremos con los mismos
actuadores encendidos, pero la razón porla que son
estados separados es porque necesitamos asegurar cierta
cantidad de masa para tener la presión necesaria. En el
momento en que el sensor de presión PC se active, pa-
saremos al siguiente estado EC4. Este proceso también
puede pasar al estado de alarma.
En el estado EC4, abrirá la válvula VA que transforma
la masa que recibimos a las tiras de chicle que nece-
sitamos para continuar con los demás subprocesos de
fabricación del chicle, también tendremos la activación
del pistón que se encargará de empujar la masa a través
de la válvula, pasados dos segundos comenzaremos con
el paso EC5. Este estado también tiene conexión con
el estado de alarma.
En el estado EC5, apagaremos el pistón, dando ası́ la
creación de un ciclo, el cuál al pasar dos segundos puede
volver al estado EC4, en caso de ser necesario, por el
contrario, si el sensor de presión se apaga en cualquier
momento, será la señal para llegar al estado EC6. Este
estado también tiene conexión con el estado de alarma.
En el estado EC6, apagaremos el motor digital MD,
esto con el fin de reducirle costos a la empresa, puesto
que tener este motor encendido constantemente genera
una gran cantidad de gastos energéticos. En el momento
en que el sensor de presencia PR se active, el motor
volverá a encenderse en el estado EC2. Este estado
también tiene acceso al estado de alarma.
En el estado de alarma o EC7, todos los actuadores
se encontrarán apagados, porque llegar a este estado
significa que hemos encontrado un error en el producto
o en la máquina. Entraremos en este estado en el
momento en el que la temperatura salga de los rangos
estipulados, el nivel o balance de la máquina no sea
90° con respecto al suelo o la humedad dentro del
tambor sea diferente a la humedad ideal. Para salir de
este estado un operario debe realizar las correcciones
pertinentes y oprimir un botón, el cuál hará que el
proceso vuelva a comenzar desde el estado EC0.
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
Fig. 19. IHM - Subroceso C
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Formulado por Juan Pedro Cano Velásquez - 1000135785
D. Máquina de enfriamiento
Se pretende automatizar el proceso de refrigeración de la
planta de producción de chicles, de modo que no se requiera
de operario alguno para que este se pueda llevar a cabo de
manera correcta. Para lograr este objetivo, se utilizarán 6
sensores y 6 actuadores, los cuales se evidencian en la figura
20.
Se debe lograr que tanto el proceso de compresión del lı́quido
refrigerante, por medio de la válvula y el compresor, como
el proceso de transporte por banda y enfriado, por medio del
ventilador se realicen de manera autónoma.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador,
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 20. Caja negra del controlador - Proceso D
A continuación se describiran las entradas y salidas utilizadas
en este subproceso:
D.1. Sensores:
TE (Temperatura): Este sensor se encarga de verificar
que la temperatura del lı́quido refrigerante y la del
espacio de refrigerado sean ótimas.
PR (Presencia): Este sensor se encarga de verificar que
el material haya igresado a la zona de refrigeración.
PC (Presión): Este sensor se encarga de verificar que
la presión dentro del compresor sea la óptima.
HU (Humedad): Este sensor se encarga de que la
humedad en el ambiente del espacio de refrigerado sea
la óptima.
LE (Nivel): Este sensor se encarga de verificar que la
máquina enfriadora no se haya caı́do.
D.2. Actuadores::
MD (Motor): Este actuador se encarga de generar mo-
vimiento rotacional, el cual será transmitido a la banda
de transporte interna de la máquina de refrigeración.
VA (Válvula): Este actuador se encarga de regular el
paso del lı́quido refrigerante para que este ingrese al
intercambiador de calor.
CP (Compresor): Este actuador se encarga de compri-
mir el lı́quido refrigerante.
AM (Alarma):Este actuador se encarga de dar un aviso
en caso de que algún sistema falle.
VN (Ventilador): Este actuador se encarga de mover
el aire caliente, pasarlo por el intercambiador de calor
para que se enfrı́e y, posteriormene, esparcirlo sobre la
tira de chicle.
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento de la máquina de enfriamiento:
Fig. 21. MEF Sub-proceso D
D.3. Protocolo:
El sistema empieza en el estado ED0 con todos los
actuadores en 0.
Si el sensor de temperatura TE detecta que esta, dentro
del espacio de refrigerado, llega a estar por encima de
los 7°C, se llega al estado ED1, en donde el actuador
VA=1 para que el lı́quido de refrigerado fluya por las
tuberı́as, y el actuador CP=1 para que este se comprima
y pueda enfriarse.
Si el sensor de temperatura TE detecta que esta llega a
estar por debajo de los 3°C, se vuelve al estado ED0,
donde todos los actuadores son iguales a 0.
Si el sensor de presencia PR detecta que ingreso ma-
terial, se llega al estado ED2, en donde el actuador
MD=1, de tal modo que la banda interna del chiller se
enciende para trasportar el material, y el atuador VN=1
de modo que se enciende el ventilador que succiona el
aire caliente y lo expulsa pasando por el intercambiador
de calor para que este enfrı́e el material ingresado.
Si el sensor de presencia PR detecta que no hay
material, se regresa al estado ED0, donde todos los
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
actuadores son iguales a 0.
Si en el estado ED1 el sensor de presión PC detecta
que esta está por encima de los 60PSI, se entra al
estado ED3, donde todos los actuadores son iguales a
0, excepto el de alarma (AM=1), por lo que la alarma
se activa, dando ası́, un aviso de que algo está fallando.
Si en el estado ED0 o ED2, el sensor de humedad HU
detecta que esta está por encima del 65 %, o el sensor
de temperatura TE detecta que esta está por encima de
los 10°C, o el sensor de inclinación LE detecta que la
máquina se encuentra a más de 15° de inclinción, se
entra al estado ED3, donde todos los actuadores son
iguales a 0, excepto el de alarma (AM=1), por lo que
la alarma se activa, dando ası́, un aviso de que algo está
fallando.
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
Fig. 22. IHM - Subroceso D
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
Formulado por Mariana Gutiérrez Ardila - 100136972
E. Máquina cortadora
Se pretende automatizar el proceso lineal de corte, de modo
que de manera autómatica se corte el chicle en pedazos
individuales antes de ser empaquetado y empacado. Esto con
el fin de que se estandarice el tamaño de los chicles, cada
uno siendo de 20mm. Para lograr este objetivo se utilizarán
7 actuadores y 3 sensores.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 23. Caja negra del controlador - Proceso E
A continuación se describirán las entradas y salidas utuliza-
das en este subproceso:
E.1. Sensores:
PR: indica si hay chicle entrando dentro de los lı́mites
de la lı́nea de producción de este subproceso.
PO: garantiza que el chicle esté bien ubicado al mo-
mento de cortar.
TE: este mide la temperatura del chicle para asegurar
que este no se pegue al momento de cortar y ası́ evita
que se pare la lı́nea de producción.
LE: se usa principalmente para que la máquina no se
caiga y deba detenerse el proceso.
VI: permite que el chicle pueda manejarse durante el
proceso de corte sin que supere la viscosidad permitida.
DT: garantiza que los chicles sean de igual tamaño, al
estar ubicado exactamente a 20mm de la cuchilla.
RS: se usa en casos de alerta una vez sea activada
la alarma para poder reiniciar el proceso de corte, a
menos de que se presente una catástrofe que deba incluir
reparación inmediata.
E.2. Actuadores:
MA: transmite la potencia a la cuchilla de corte logran-
do porciones individuales de chicle para que puedan ser
empacadas posteriormente.
MD: permite el movimiento de la bandatransportadora
interna para que el chicle pueda cortarse de manera
uniforme y el proceso sea constante.
AM: se activa en caso de que algún sensor del proceso
falle o se presente un error, con el fin de avisar a
los operarios que es necesario reparar alguna parte del
proceso o simplemente se reinicie el mismo.
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento de la máquina de corte:
Fig. 24. MEF subproceso E
E.3. Protocolo:
En el estado inicial EE0,todos los actuadores están
desactivados. Una vez se da la transición en la que se
encienden los sensores PR y PO, es decir, se detecta
chicle sobre la banda y se asegura que esté bien ubicado,
se pasa al siguiente estado (EE1).
En el estado EE1 se activa el actuador MD, es decir, la
banda transportadora interna comienza a correr. En la
transición siguiente, se activa el sensor de distancia DT,
el cual está ubicado a 20 mm de la cuchilla. Una vez el
chicle es detectado por este sensor se pasa al siguiente
estado EE2.
En el estado EE2 se activa el actuador MA, el cual
hace que la máquina comience a cortar. Esta sigue
cortando cada vez que el chicle pase por el sensor DT.
El actuador MD continúa encendido y el AM apagado.
Si no se detecta chicle sobre la banda, es decir, los
sensores PR y PO están apagados (!PR*!PO), se vuelve
al estado inicial EE0.
El proceso de corte se realizará cuando el chicle esté
a una temperatura promedio por debajo de la máxima
(50°C), debe tener una viscosidad promedio menor a
9, 6x10−3 Pa-s y la inclinación de la máquina no debe
superar los 15 grados.
Por esto, puede ocurrir una transición donde el sensor
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
TE≥50 o el sensor VI≥9,6 o el sensor LE≥15, es
decir, el chicle supera la temperatura, la viscosidad o
la inclinación máxima.
Una vez ocurra al menos uno de estos tres casos, se pasa
al estado EE3, en el cual se activa el actuador AM, que
es la alarma, e inmediatamente se apagan los sensores
MA y MD.
Posteriormente se da una transición donde se enciende
un sensor de reset RS, el cual permite que se vuelva
al estado inicial EE1, siempre y cuando la falla no sea
catastrófica.
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
Fig. 25. IHM - Subroceso E
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
Formulado por Santiago Chávez Castaño - 1001003686
F. Máquina empacadora
Se pretende automatizar el proceso de empaquetado y empa-
cado de la planta de producción de chicles para que no sea
necesario que un operario realice esta actividad, para cumplir
esta función se utilizaron 9 actuadores y 20 sensores para
cumplir el objetivo de producir cajas llenas de chicles.
A continuación se evidencia la caja negra de los controlado-
res donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 26. Caja negra del controlador de empaquetado - Subroceso F
Fig. 27. Caja negra del controlador de empacado - Proceso F
A continuación se describirán las entradas y salidas utilizadas
en este subproceso:
F.1. Sensores:
PR: el sensor de presencia indica si se encuentran los
diferentes elementos necesarios para iniciar el proceso.
PO: este indica si se encuentra el objeto en el lugar
adecuado.
TE: este sensor mide la temperatura máxima permisible
la cual es de 25°c.
HU: este sensor mide la humedad máxima permisible
la cual es de 35 %.
SP: este sensor mide la velocidad máxima permisible
la cual es de 10m/s.
LE: este sensor mide la inclinación de la máquina,
este con el fin de tener certeza de que no esté caı́da
la inclinación máxima es de 15°.
F.2. Actuadores:
MD: están encargados de generar movimiento a dife-
rentes componentes de la maquina.
PT: están encargados de accionar diferentes elementos
de la maquina.
A continuación se muestran las MEF´s que representan el
funcionamiento de la máquina de empacado:
Fig. 28. MEF 1 subproceso F
Fig. 29. MEF 2 subproceso F
F.3. Protocolo:
Se inicia el proceso en el estado EF0 en donde se
encuentran apagados los actuadores MD1, MD2, MD3,
MD4, PT1, PT2, PT3. Al recibir la señal de presencia
del sensor PR1 se pasa al estado EF1.
En el estado EF2, se encuentran los sensores PR2, TE,
HU, SP, WE. Al recibir las señales y valores de estos
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
sensores se ingresará al siguiente estado EF3 o al estado
de alarma (EF5).
Se ingresa al estado EF3, si se el sensor de presencia
PR2 se enciende, si la temperatura (TE) sea menor a
25°c, la humedad (HU) menor a 35 %, la velocidad
(SP) sea menor o igual a 10 m/s y si el peso (WE)
sea menor a 250gr , si se cumple estas condiciones
se activa el pistón PT1 el cual controla la pinza que
sostiene el chicle junto al envoltorio .Al accionarse el
pistón se activa el sensor PO1 y el sensor de presencia
PR2 dando paso al siguiente estado EF4 si fuese al
contrario entra al estado EF5.
Si se ingresa al estado EF5 se apagan todos los actua-
dores y se prende la alarma AM, después de que se
normalicen las señales de error se re inicia el proceso
o se reinicia por medio de la señal de reset el cual está
dado por un sensor RS.
Al recibir la señal del sensor PO1 y PR2 se activan los
actuadores MD2, MD3, PT2 y PT3 los cuales son los
motores y pistones que controlan las pinzas envoltorios,
después de estar activo los actuadores de las pinzas
envoltorias durante 0.03 segundos estos se desactivan,
y, la porción de chicle envuelto cae a la segunda tolva
en el estado EF6.
En el estado EF6 se encuentra la tolva 2 que tiene un
sensor de peso (WE), el cual al medir 250gr indica
al pistón PT4 abrir la compuerta en este momento se
activa el sensor de posición PO2.
En estado EF7 se tiene el motor MD4 encendido el
cual controla la banda de abastecimiento de las cajas,
cuando la caja llega al sensor de posición PO3 dando
paso al estado EF8.
En el estado EF8 se detiene la caja por lo que se detiene
la banda y da inicio al estado EF9.
En el estado EF9 se realiza el llenado de las cajas por
lo que el sensor WE no marcaria peso dando paso al
siguiente estado EF10.
Pasados 0.03 s después de no marcar peso WE se cierra
la compuerta apagando el sensor PO2.
Al apagarse PO2 se da inicio al estado EF11 donde se
reactiva el motor MD4.
Cuando el sensor de posición PO3 se activa se ingresa
al estado E12 donde se apaga el motor MD4 y se activa
el pistón de sellado PT5. después de 1s se desactiva el
pistón dando inicio al estado E13.
En estado EF13 se reactiva la banda y al activarse el
sensor de posición PO6 se activa el pistón PT6 que saca
la caja de la banda , de esta forma dando fin al proceso
productivo.
A continuación se muestra el diagrama IHM que le mostrará
al operario el estado del subproceso
Fig. 30. IHM - Subroceso F
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
G. Sistema de bandas
Se pretende automatizar el sistema de bandas que transportan
el material a lo largo de la planta, de modo que, en pro de
ahorrar energı́a para la empresa. Para lograr esto, la banda
tendrá un sensor de presencia al inicio, el cual, cuando
detecte la masa prenda el motor de la banda para que este se
encienda, y se mueva a la siguiente máquina, y un sensor de
presencia al final que cuando no detecte más masa apague el
motor de esta. La banda cuenta con 2 sensores y 1 actuador.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 31. Caja negra del controlador - Bandas
A continuación se describirán las entradas y salidas utilizadas
en el sistema de bandas:
G.1. Sensores:
PR: Dos sensores, uno inicial que es cuando detecta
la materia prima y enciende la banda, y uno final que
es cuando deja de detectar la materia prima apague la
banda.
G.2. Actuadores:
MD: Un motor digital, para que cuando los dos sen-
sores detecten se encienda o se apague a una misma
velocidad.
A continuación se muestra la MEF que representa el funcio-
namiento del sistema de bandas:
Fig. 32. MEF sistema de bandas
IP0250 – Control Automático de ProcesosControl
H. Sistema de seguridad
Se pretende automatizar el sistema de seguridad de la planta
de producción de chicles, de modo que, en caso de existir
un incendio, un detector de humo active 3 válvulas que se
encargarı́an de rociar agua a lo largo del contenedor. De igual
manera se pretende automatizar un sistema de ventilador
que se encarge de expulsar fuera de la planta, cualquier gas
desprendido por cualquiera de los subprocesos. Para cumplir
este objetivo se utilizarán 1 sensor y 4 actuadores.
A continuación se evidencia la caja negra del controlador
donde se enseñan las entradas y salidas:
Fig. 33. Caja negra del controlador - Sistema de seguridad
A continuación se describirán las entradas y salidas utilizadas
en el sistema de seguridad:
H.1. Sensores:
SM: Este se encarga de monitorear el contenedor y
las maquinas, ya que si se presenta algún incendio al
interior de la planta es necesario activar el sistema de
válvulas para evitar que se dañen todas las maquinas al
interior.
H.2. Actuadores:
VA1, VA2, VA3: .Estas se encargan de rociar agua al
interior de todo el contenedor al momento en que se
activa el sensor de humo, esto con el objetivo de apagar
cualquier incendio que se pueda presentar
VN: El objetivo principal de este es mantener una
correcta ventilación dentro del contenedor, esto debido
a que durante todos los procesos se pueden generar
gases y vapores, los cuales se pueden acumular, lo que
generarı́a un exceso de humedad entre otros problemas.
IP0250 – Control Automático de Procesos
Control
I. CONCLUSIONES
Gracias al estudio de control lógico para la automatiza-
ción de la planta de producción de chicles, se puede
concluir que no solo se esperan mejoras en cuanto
a producción, y por consiguiente en ganancias, sino,
también en cuanto a la reducción de factores humanos
que puedan acarrear fallas en el producto. De igual ma-
nera, gracias al diagrama SCADA y la IHM, cualquier
operario fuera de la planta podrá monitorear en tiempo
real lo que sucede en ella, de modo que cualquier falla
se pueda solventar en el menor tiempo posible.
Se concluye que debido a la naturaleza sencilla de las
máquinas a utilizar, serán pocos los conversores de señal
tipo DAC que se requieren en la planta, esto debido a
que la mayorı́a de actuadores funcionan con señal digital
y lógica booleana.
Se concluye que gracias a la implementación de di-
frentes MEF´s, se lograrı́a independizar el proceso
automático para cada uno de los diferentes subprocesos.
De igual manera, se lograrı́a poner en funcionamiento
un sistema de contención de daños, tipo aspersor de
agua, en caso de que ocurra un incendio dentro de la
planta.
II. REFERENCIAS
https://www.youtube.com/watch?v=
1XmvbKXuDko
https://www.inclinesensor.com/
product/zct205m-lps-7205.html
https://proepps.com/
wp-content/uploads/2020/08/
detector-de-humo-opalux-lx-98-cj.pdf
https://www.google.com/url?sa=i&
url=https%3A%2F%2Fes.rheonics.
com%2Fproductos%2Fviscos%25C3%
25ADmetro-en-l%25C3%25ADnea-srv%2F&
psig=AOvVaw3a94vRnUyf8yOZ-3uUxSeR&
ust=1664638843786000&
source=images&cd=vfe&ved=
0CAwQjhxqFwoTCMCq24rtvPoCFQAAAAAdAAAAABAE
https://www.google.com/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=
web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=
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url=https%3A%2F%2Fwww.
pce-iberica.es%2Fhoja-datos%
2Fhoja-datos-medidor-ph-pce-ph22.
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https://co.mouser.com/c/ds/sensors/
optical-sensors/?m=Schneider%
20Electric
https://es.scribd.com/
document/497420666/
Ficha-tecnica-Sistema-de-alarma-comunitaria
https://www.energinn.com.co/
fichas-tecnicas-ventilacion/
III. ANEXOS
A. Especificaciones técnicas Sensores
A.1. TE:
Referencia: Termopar tipo J
Calibre: 20AWG
Voltaje: 1.8V-DC
Rango detección: 0-480°C
Salida: Analógica
A.2. HU:
Voltaje: 4V-5.5V-DC
Rango detección :0-90
Salida: Analógica
A.3. LE:
Referencia: ZCT205M-LPS-7205
Voltaje: 1236V
Precisión: 0.005°-0.01°
Salida: Analógica
A.4. SP:
Referencia: 103sr
Voltaje: 4v-24v-DC
Rango: 0m/s-40m/s
Salida: Analógica
A.5. PC:
Referencia: Z3639-ND
Voltaje: 42+-5.5mV
Rango: 50kpa
Salida: Analógica
A.6. WE:
Referencia: PC2H
Voltaje: 10V
Rango: 0-2.000kg
Salida: Analógica
A.7. PO y PR:
Referencia: XUK0ARCTL10
Distancia: 35 m
Frecuencia: 20 Hz
Retraso: 300 ms
Salida: Digital
IP0250 – Control Automático de Procesos
https://www.youtube.com/watch?v=1XmvbKXuDko
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https://proepps.com/wp-content/uploads/2020/08/detector-de-humo-opalux-lx-98-cj.pdf
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https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fes.rheonics.com%2Fproductos%2Fviscos%25C3%25ADmetro-en-l%25C3%25ADnea-srv%2F&psig=AOvVaw3a94vRnUyf8yOZ-3uUxSeR&ust=1664638843786000&source=images&cd=vfe&ved=0CAwQjhxqFwoTCMCq24rtvPoCFQAAAAAdAAAAABAE
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https://co.mouser.com/c/ds/sensors/optical-sensors/?m=Schneider%20Electric
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https://es.scribd.com/document/497420666/Ficha-tecnica-Sistema-de-alarma-comunitaria
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https://www.energinn.com.co/fichas-tecnicas-ventilacion/
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Control
A.8. PH:
Referencia: PCE-PH 22
Rango: 0 -14
Precisión: ± 0,02 pH
Salida: Analógica
A.9. VI:
Referencia: SRV en lı́nea
Rango: 500 bar – 300 °C
Salida:
A.10. SM:
Referencia: LX-90
Voltaje: 9V
Rango: 360°
B. Especificaciones técnicas Actuadores
B.1. VA:
Referencia: Válvula de globo
Presión: 580.2 psi
Accionamiento: Eléctrico
B.2. CP:
Potencia: 840 W
Capacidad: 30 A 40 Litros
Voltaje: 110 AC
Accionamiento: Eléctrico
B.3. PT:
Presión: 10psi-140-psi
Relación de compresión: 9,0:1
B.4. Banda transportadora:
Referencia: Serie M-200
B.5. MD:
Reeferencia: 1LEO141-1CB26
Potencia: 10 HP
Rango: 1800 Rpm
Accionamiento: Eléctrico
B.6. RE:
Referencia: T-175-E
Temperatura máxima: 175 °C
Material: Cobre
Voltaje: 230/400 V
Accionamiento: Eléctrico
B.7. VN:
Referencia: 2CC2204-1F
Caudal: 0.243 m3/s
Potencia: 0,063 KW
Voltaje: 110 V
Accionamiento: Eléctrico
B.8. AM:
Corriente: 110 V
Voltaje: 90 V
Rango: 85 dB
Accionamiento: Eléctrico
IP0250 – Control Automático de Procesos
	Introducción
	Descripción del proceso productivo
	Subprocesos
	Almacenado
	Mezcla
	Extrusión
	Refrigerado
	Corte
	Empacado
	Instrumentación
	Control lógico del proceso productivo
	Sistema de almacenamiento
	Sensores
	Actuadores
	Protocolo
	Máquina de Mezclado
	Sensores
	Actuadores
	Protocolo
	Máquina extrusora
	Sensores
	Actuadores
	Protocolo
	Máquina de enfriamiento
	Sensores
	Actuadores:
	Protocolo
	Máquina cortadora
	Sensores
	Actuadores
	Protocolo
	Máquina empacadora
	Sensores
	Actuadores
	Protocolo
	Sistema de bandas
	Sensores
	Actuadores
	Sistema de seguridad
	Sensores
	Actuadores
	Conclusiones
	Referencias
	Anexos
	Especificaciones técnicas Sensores
	TE
	HU
	LE
	SP
	PC
	WE
	PO y PR
	PH
	VI
	SM
	Especificaciones técnicas Actuadores
	VA
	CP
	PT
	Banda transportadora
	MD
	RE
	VN
	AM