ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESCUELA DE INGENIERÍA

AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS E INCORPORACIÓN DE

RECETAS EN EL SISTEMA DE CONTROL DE LA SALA DE

COCIMIENTO DE CERVECERÍA ANDINA S.A.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE

INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL

CARLOS OSWALDO ALVAREZ TORRES

PAUL ALEJANDRO RIVERA MARTÍNEZ

DIRECTOR: Ing. Jorge Molina

Quito, Enero 2006

ÍNDICE

DECLARACIÓN ICERTIFICACIÓN IIAGRADECIMIENTOS IIIAGRADECIMIENTOS IVDEDICATORIA VDEDICATORIA VIRESUMEN 1PRESENTACIÓN 2

CAPÍTULO 1 3DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO 3

1.1 INTRODUCCIÓN .......31.2 LOS PROCESOS DE COCIMIENTO ,31.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO 61 .^CORPORACIÓN DE RECETAS 7L5 EL ADMINISTRADOR DE RECETAS... 81.6REC1EEMANAGER 9

CAPÍTULO 2 12DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN 12

2.1 INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO .122.1.1 TRANSMISOR DE TEMPERATURA "ENDRESS + HAUSER" ...122.1.2 FLUJÓMETRO "KOBOLD"- CCENDRESS + HAUSER".... .....132.1.3 TRANSMISOR DE DENSIDAD "ANTÓN PAAR" ........182.1.4 TRANSMISORES DE PRESIÓN "ABB" ...212.1.5 ACCESORIOS GENERALES DE INSTRUMENTOS - SELECCIÓN DECABLES 22

2.2 CONTROLADORES Y CONTADORES...... 242.2.1CONTROLADORABBKENTTAYLOR SERIE 1900 242.2.2 CONTROLADORHONEYWELLCOMMANDERDR 4300... 292.2.3 CONTADOR DURANT MODELO 45610-400 33

2.3 CONTROL DE VOLUMEN DE AGUA......... 342.3.1 FUNCIONALIDAD...... 342.3.2 ALGORITMOS DE CONTROL 35

2.4 CONTROL DE TEMPERATURA .........412.4.1 FUNCIONALIDAD... 412.4.2 ALGORITMOS DE CONTROL .442.4.3 PARAMETRIZACIÓN DE PID'S 48

2.5 CONTROL DE DENSIDAD ....502.5.1 FUNCIONALIDAD .502.5.2 ALGORITMOS DE CONTROL 51

2.6 RED DE PLC'S Y ARQUITECTURA 522.6. i DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE RED 522.6.2 PLC SIMATIC S7-SUPERVISOR 522.6.3 PROGRAMACIÓN DEL S7 -300 53

~ CAPÍTULOS 54CONFIGURACIÓN DE LA INTERFAZ HOMBRE- MÁQUINA 54

3.1 COMUNICACIÓN PLC-COMPUTADOR .....543.2 ADMINISTRADOR DE RECETAS "RECEIPE MANAGER" 563.3 SECUENCIADEL PROCESO INDUSTRIAL Y NAVEGACIÓN..... ....63

3.3.1 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA OLLA AUTOCLAVE 643.3.2 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE MACERADOR ........653.3.3 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE DE FILTRO 663.3.4 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA RECUPERADORA.... 673.3.5 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA DE HERVIR .......68

3.4 DISEÑO DE PANTALLAS DEL PROCESO .......693.4.1 PANTALLA PRINCIPAL DE ACCESO 693.4.2 PANTALLA DE OLLA AUTOCLAVE 723.4.3 PANTALLA DEL TANQUE MACERADOR 74

"*"" _M4^ANTALLA DEL TANQUE DE FILTRO 763.4.5 PANTALLA DE LAPAILA RECUPERADORA....... 773.4.6 PANTALLA DE LA PAILA DE HERVIR 79

$ 3.4.7 PANTALLAS DE TENDENCIAS Y ALARMAS 81

CAPÍTULO 4 82INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA 82

4.1 INSTALACIÓN DEL TABLERO .824.2 DISTRIBUCIÓN E INSTALACIÓN DE CABLES EN LA SALA DE COCIMIENTO-. o 34.3 CONEXIONES 84

4.3.1 CONEXIÓN DEL PLC SUPERVISOR Y SUS COMPONENTES... 844.3.2 CONEXIÓN DE LA RED ETHERNET..... 844.3.3 CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN 864.3.4 CONEXIÓN DE LOS CONTROLADORES 944.3.5 CONEXIÓN DE LOS CONTADORES 984.3.6 CONEXIÓN DEL COMPUTADOR ADMINISTRADOR DE RECETAS 100

_.4.4 ENERGIZACIÓN DEL SISTEMA .100

CAPÍTULOS 1025.1 CONCLUSIONES.... 1025.2 RECOMENDACIONES 103

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 105ANEXOS 106

DECLARACIÓN

Nosotros, Alvarez Torres Carlos Oswaldo, Rivera Martínez Paúl Alejandro,

declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que

no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y,

que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad

intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,

según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por

la riormatividad institucional vigente.

CARLOS A&/ÁREZ TORRES • PAUL RIVÉBA-^RTINEZ

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Carlos Oswaldo Alvarez

Torres y Paúl Alejandro Rivera Martínez, bajo mi supervisión.

Ing. JORGE MOLINA

DIRECTOR DEL PROYECTO

AGRADECIMIENTOS

Agradezco primeramente a Dios por ser mi inspiración, fortaleza y permitirme

alcanzar una de mis metas.

A mi Madre por ser mi ejemplo, por que gracias a su sacrificio y constante lucha a

mi lado, hoy, he llegado hasta aquí, y a pesar de todas las adversidades siempre

tuvo palabras de aliento.

A mi hermana por la tenacidad que me transmitió y ia ayuda que me supo dar en

los momentos que más lo necesité.

A toda mi familia que de una u otra manera me apoyo incondicionalmente en

especial a mi Papa, mi tío Francisco, a mi tía Maria y uno especial para Mónica

~pojja-p£cie.qcia y apoyo incondicional.

A la Cervecería Andina S.A. y a todo su personal que nos brindo su ayuda y su

amistad de la mejor de las formas, en especial al ing. Jesús David Rueda por la

confianza brindada y al Ing. Juan Carlos Cifuentes por darme la oportunidad de

realizar el proyecto y por ser más que codirector de este proyecto y haberme

brindado su amistad y por todos los conocimientos que he recibido de él tanto en

el ámbito profesional como personal.

A mi compañero y amigo de este proyecto Paúl por haber formado un equipo

solidó de trabajo y por el esfuerzo y dedicación brindados.

A la Escuela Politécnica Nacional y a todos mis maestros que supieron formarme

profesionalmente y en algunos casos personalmente, especialmente al Ing.-Jorge

Molina que con su acertada dirección sacamos adelante este proyecto.

A todos ustedes gracias de corazón.

Carlos

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios por permitirme realizar este proyecto al brindarme salud y guía

en todos los momentos.

A mi padre, Patricio Rivera, por su comprensión y su apoyo incondicional en el

proyecto y a lo largo de la carrera.

Al Ing. Juan Carlos Cifuentes, un excelente jefe y amigo, que con gran sabiduría y

constancia ha dirigido este proyecto en todas sus etapas y ha sabido guiarme de

excelente manera en el ámbito profesional.

AI Ing. Jesús David Rueda, gerente de Cervecería Andina S.A., por su apoyo y

confianza al proyecto.

Al ing. Jorge Molina por su destacada dirección en el proyecto y gran labor como

director.

A Carlos, mí amigo, por su colaboración en el proyecto.

A Marisabel por sus consejos y paciencia.

A todo el personal técnico de Cervecería Andina S.A. por su excelente trabajo.

Paúl

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi Madre, por lograr esta meta conjunta,A mi hermana por todo su apoyo,

Y a Mónica por que supiste poner tu grano de arena.

Carlos.

DEDICATORIA

A mi madre IRENE, quien ha sido inspiración para avanzaren mi carrera.

A mí querida Marisabel por su amor y comprensión. A mi papá y amigo, Patricio,

por ser un gran ejemplo de padre. A mis hermanas, Karen y Mónica. A mi sobrino,

Camilo.

Paúl

RESUMEN

Uno de los objetivos de este proyecto fue ¡mplementar en la sala de cocimiento de

Cervecería Andina S.A., un sistema automático de producción mediante la

utilización de recetas que deben ser ingresadas por el usuario, tomando en

cuenta los análisis de laboratorio hechas a las materias primas, que en este caso

son malta, arroz, agua, etc. Otro de los objetivos fue centralizar la supervisión y

visualización del sistema de control distribuido existente.

Para lograr estos objetivos, a la arquitectura anterior se incorporaron un PLC

supervisor de recolectar y enviar datos a los PLC's de la sala de cocimiento y una

estación central de supervisión y monitoreo del sistema de control, interfase

gráfica que se desarrolló mediante el programa Intouch de Wonderware Factory

Suite. Las señales llegan o salen desde el PLC Supervisor a la interfaz, por medio

de una red "Industrial Ethernet".

A la aplicación desarrollada en Intouch, se la combina con una de sus librerías

denominada "Recipe Manager" encargada de administrar las recetas y a través

de la cual el usuario puede editar las recetas e ingredientes, requeridos en la

fabricación de los productos de Cervecería Andina S.A. (Pilsener, Clausen, Pony,

Club, etc.).

La arquitectura de la red implementada da la opción al personal de laboratorio y

control de calidad, a que puede ingresar y obtener recetas desde otros

computadoras de Ja red administrativa.

PRESENTACIÓN

La sala de Cocimiento de Cervecería Andina dentro de sus etapas de

automatización, ha dado un gran paso con el presente proyecto al manejar todos

los procesos que constituyen la cocción de la cerveza a través de recetas. El

control de temperatura, agua y densidad en los tanques de la sala de cocimiento

son de gran importancia, ya que mediante la buena ejecución de éstos, dependen

muchos factores característicos y de calidad de la cerveza.

La documentación del proyecto esta desarrollada en cinco capítulos;

El capítulo 1 presenta una descripción general del proyecto.

El capítulo 2 ¡lustra todos los detalles referentes a la instrumentación utilizada,

tales como transmisores de temperatura, flujómetros, contadores y consoladores,

y además se detalla el control programado en los diferentes PLC's, para

temperatura, agua y densidad con sus respectivos diagramas de flujo.

El capítulo 3 presenta la comunicación de la ¡nterfaz gráfica con la red de PLC'S

mediante el utilitario "I/O Servers", la programación del administrador de recetas

"Recipe Manager" y el diseño de pantallas en la interfaz con visualización de los

procesos controlados.

El capítulo 4 muestra todos los detalles de la instalación del sistema de control y

puesta en marcha. Aquí se puede observar como ha sido conectada la

instrumentación con los dispositivos de control, el cableado, la construcción del

tablero y la ubicación de todos los elementos del sistema.

El capítulo 5 expone las conclusiones que en el presente proyecto han sido

obtenidas, luego de poner en funcionamiento este nuevo sistema.

CAPITULO 1

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

1.1 INTRODUCCIÓN

Hoy en día, el entorno tecnológico, social y económico carpbia rápidamente, lo

que implica que una organización será capaz de sobrevivir si es capaz de

responder efectivamente a esas demandas cambiantes.

La globalización de la economía, la reducción de distancias de mercados

extranjeros (en términos de tipo transporte y comunicación) y la reducción de

barreras arancelarias, está exigiendo a las empresas a ser más competitivas.

Bajo este contexto, la empresa Cervecería Andina S.A., está empeñada, y de

hecho lo está haciendo, en modernizar los procesos de trabajo, incorporando

nuevas'-tecnologías, a fin de lograr mayores niveles de eficiencia, productividad y

mejorar resultados en sus productos y servicios.

En esta línea, el objetivo principal de este proyecto está orientado a mejorar los

procesos que se llevan a cabo en la Sala de Cocimiento, mediante la

implementación de sistemas automáticos para el control de temperatura, densidad

y volumen de agua; incorporando adicionalmente un sistema administrador de

recetas.

1.2 LOS PROCESOS DE COCIMIENTO

Para la elaboración de la cerveza, son necesarios varios procesos y subprocesos,

los que deben ser desarrollados cumpliendo ciertos estándares de calidad y

eficiencia. En la Cervecería Andina S.A., estos procesos y subprocesos están

agrupados en diferentes ambientes de trabajo y llevados a cabo en una secuencia

de pasos, tal como se indica en la figura No. 1.1.

"71Recepción de Materia Prima

Procesos de Cocimiento

Procesos en Sala de Frío

Embotellado

FIG. 1.1 Pasos para la Obtención de la Cerveza.

Para el caso que nos amerita, en la Sala de Cocimiento se llevan a cabo, de

manera secuencia!, los siguientes procesos:

Cocción de Adjuntos(Olla Autoclave)

Molienda de cebada(Tolva)

Maceración(Tanque Macerador)

Filtración(Tanque Filtro)

Hervido(Paila Recuperadora)

Hervido(Paila de Hervir)

FIG. 1.2 Pasos para el cocimiento de la Cerveza.

En la primera fase, la cebada proveniente de los silos de almacenamiento, es

molida y remojada antes de pasar a la olla de maceración, donde es mezclada

con agua y está en espera del arroz, cuyo proceso de cocimiento, a cierta

temperatura, es realizado en la olla autoclave (cocción de adjuntos).

En la olla de maceración se procesa la combinación de arroz, cebada y agua,

hasta alcanzar cierta temperatura y lograr una mezcla homogénea. Esta mezcla

pasa a la olla de filtración donde se obtiene el mosto, sustancia rica en proteínas,

a partir de la cual, y luego de un proceso de fermentación se produce la cerveza.

Luego del proceso de filtrado, el mosto pasa a las ollas de hervido, donde se

agregan otros componentes adicionales, que otorgan ciertas características

especiales al producto.

Actualmente la Sala de Cocimiento opera y controla sus procesos mediante tres

PLC'S: PLC Silos, PLC Maceradory PLC Filtro, enlazados en una red Ethernet.

Esta red de PLC's, conjuntamente con las Interfaces Hombre-Máquina (HMI),

constituye el sistema de control distribuido (DCS) de la sala de cocimiento, que se

ilustra en la figura No. 1.3.

COMPUTADORES

oMMeíaa'i tow luance

D

HM~ S (MXETHW. ETHBtfJeTJ

PLCS7-300CPU312IFM MACERADOR

PLC S7 - 300 CPU 314 FILTRO

PLC 57 - 300 CPU 314 IFM SILOS

34

RED DE PLCs INDUSTEÍIAL ETHERNETPROTOCOLO CSMA/ CDSOPORTE DE TRANSMISIÓN CABLE ITPELM EN CASCADA NORMA ETHERNET (IEEE 802,3)

FIG. 1.3 Arquitectura actual

En este Sistema y concretamente en la programación de los PLC'S, falta

incorporar varios lazos de control, a través de los cuales se logre regular, de

manera automática, la temperatura, el volumen de agua y la densidad en los

procesos antes indicados, objetivos que forman parte de este proyecto.

1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO

Los objetivos principales del proyecto son los siguientes:

• Automatizar los procesos de Cocción de adjuntos, Macerado, Filtrado y

Hervido de la cerveza mediante lazos de control para cantidad de agua3

temperatura y densidad.

• Incorporar un Sistema Administrador de Recetas mediante la utilización del

software comercial " Recipe Manager" para todos los productos que se

elaboran en la Cervecería Andina S.A.

De acuerdo a esto, la nueva arquitectura en el sistema de control de la Sala de

Cocimiento quedará de la forma indicada en la figura No. 1.4.

PLC 57-300 CPU 314 MAESTRO

COMPUTADORES

RED DE PLC» INDUSTRIAL ETHERNETPROTOCOLO CSMA/ CDSOPORTE DE TRANSMISIÓN CABLE tTPELM EN CASCADA NORMA ETHERNET [IEEE BO2.3)

FIG. 1.4 Nuevo arquitectura

En la Figura 4, aparece un PLC Supervisor e integrador, el mismo que es

requerido para la incorporación del sistema administrador de recetas.

1.4 INCORPORACIÓN DE RECETAS

La Sala de Cocimiento de la Cervecería Andina S.A. realiza la cocción de varios

productos y para ello utiliza un "Registro de Formulación" en el cual se establecen

todas las recetas de acuerdo a una planificación semanal.

La importancia del "Registro de Formulación" es primordial en la Sala de

Cocimiento, debido a que ésta entrega la mayoría de las características a la

cerveza, y por lo que resulta imprescindible respetar de forma estricta todos los

parámetros que se apuntan en este registro.

El registro es elaborado por los ingenieros cerveceros, quienes, a través de un

análisis profundo y constante de la cerveza, pueden ajustar ciertos parámetros a

la fórmula de cada producto. Esto hace que la receta sea muy dinámica y sea

cambiable en cada proceso de cocimiento, por lo que se ha convertido en una

necesidad, el buscar una mejor administración en este ámbito.

Para este efecto, se ha encontrado una solución en la operación de un

Administrador de Recetas, ei mismo que tiene la capacidad de proporcionar y

cambiar datos de forma inmediata y en cualquier instante en la Receta y a la vez

envían estos datos a! Sistema de Control Distribuido.

Hoja dinámica

Registro deFormulación

DATOS DERECETA

/CONTROLADOR LÓGICO

PROGRAMABLE"MAESTRO"

/

/

ORDENES ALSISTEMA

RED DECONTROLADORES

LÓGICO PROGRAMABLE

FIG. 1.5 Interacción Datos de Receta-Procesos en Sala de Cocimiento

1.5 El ADMINISTRADOR DE RECETAS

Para realizar el control de recetas en la Sala de Cocimiento de Cervecería

Andina, se requiere de un software administrador de recetas que sea

configurable a fin de ingresar cualquier tipo de receta y que sus parámetros sean

modificados cada vez que el usuario lo requiera.

• La Cervecería Andina tiene instalados varios HMI'S (Interfaces Hombre-

Máquina) para el controi y monitoreo en diferentes áreas, que han sido

configuradas mediante paquetes computacionales de la Empresa

"Wonderware Factory Su ¡te". En el presente proyecto, y por facilidad de

manejo, se unificarán dichos requerimientos usando los mismos paquetes

en versiones actualizadas.

• INTOUCH, como parte de los paquetes Wonderware Factory Suite, será

configurado para obtener un ambiente visualizador del proceso, en el que

se supervisará y controlará todo el sistema de manera secuencial.

• RECEIPE-MANAGER, como herramienta del paquete INTOUCH, será

configurado para ingresar cualquier tipo de Receta, que podrá ser

modificado en cualquier instante de acuerdo a los requerimientos del

usuario.

• Utilizando funciones de Recipe Manager se ejecutará un sistema de

Reportes de Recetas y de los Procesos del Cocimiento.

• La Interfaz Hombre-Máquina tendrá comunicación y operación sobre un

PLC Supervisor e integrador de todos los procesos de la Sala de

Cocimiento.

Administrador deRecetas

(Recipe Manager)

v__ _^

InterfozHombreMáquina(Infouch)

/Controlador Lógico

Programable(PLC-Integrador)

/

/

FIG. 1.6 Esquema del Administrador de Recetas

1.6 RECIPE MANAGER

El Recipe Manager es un utilitario de Intouch y su función principal es la de

administrar Recetas usando una plantilla configurable en la que intervienen tres

parámetros: número de Recetas, número de ingredientes y número de unidades

procesadores (tanques u ollas).

La función más importante que tiene este administrador es la de entregar los

datos de Receta de forma organizada y directa en donde se requiera, para el

proceso actual estos datos están incorporados en el "Informe Técnico de

Cocimiento" brindando un mejor manejo e interacción entre el ingeniero

Cervecero y el Supervisor de! cocimiento.

Las funciones principales en la administración de Recetas son cinco:

1. Añadir y borrar recetas, se agregarán recetas nuevas y se podrá suprimir

aquellas que están sin uso en la configuración de la plantilla de receta del

programador del Sistema.

2. Añadir y borrar ingredientes, se agregan nuevos ingredientes o se

suprimen aquellos que dejan de ser utilizados en una determinada receta.

10

3. Añadir y borrar unidades procesadoras, de forma similar que en las dos

funciones anteriores, solamente el programador de la plantilla estará en

condiciones de agregar o quitar unidades procesadores, las cuales son

ollas o tanques que procesan algún tipo de material.

4. Visualizar y cambiar cantidades de ingredientes, el cervecero estará al

alcance de visualizar las cantidades de ingredientes configurados en una

determinada receta y a la vez puede cambiar a otra cantidad si así lo

requiere.

5. Interactuar los valores de Receta con varios programas, el administrador

de Recetas "Recipe Manager" al ser parte de íntouch posee ciertas

potencialidades, como la de tener datos de tipo DDE (Dynamic Data

Exchange) los cuales pueden ser llevados a varios programas. Los datos

DDE tienen un estrecho vínculo con Microsoft Office y la mayoría de los

usos se lo hace en Microsoft Excel, donde se puede presentar de una

mejor forma un Registro de Formulación.

11

ADMINISTRADOR DE RECETAS

AGREGAR YBORRARRECETAS

AGREGAR YBORRAR

INGREDIENTES

AGREGAR YBORRAR

UNIDADES

VISUALIZAR YCAMBIAR

CANTIDADES

INTERACCIÓNDATOS DE RECETA

CON OTROSPROGRAMAS

FIG. 1.7 Funciones del Administrador de Recetas.

12

CAPITULO 2

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL E

INSTRUMENTACIÓN

2.1 INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO

Para la medición de temperatura, densidad y volumen de agua se utiliza

transmisores, cuyas señales se ingresan en un PLC, el cual mediante el programa

almacenado en su memoria, ejecutará las acciones de control sobre los

actuadores, que en el caso concreto de este proyecto, son electro-válvulas.

Adicionalmente, se agregan transmisores de presión, que actuarán como

elementos de seguridad en el sistema de control.

A continuación, se hace una descripción funcional de cada uno de los

transmisores involucrados en el sistema de control.

2.1.1 TRANSMISOR DE TEMPERATURA "ENDRESS + HAUSER"El transmisor de Temperatura marca Endress + Hausser, utilizado en este

proyecto, tiene como elemento sensor un RTD de tipo PT100 de ía misma

marca] el cual es configurable en el rango de temperatura y produce una

salida normalizada de 4 a 20 mili Amperios.

RTDPT-100

4 a 20

Fig. 2.1 Vista Superior —transmisor Endress + Hausser

13

Características generales:

• Rango : O a 120 aC (Configurable)

• Salida : 4 a 20 mA

• Reacción en condiciones de falla: <= 3,6 mA o =>21 mA

• Damping : O a 8 s

• Offset: -9.9 a +9.9 K

Características de Salida.

Temperatura vs. Corriente de Salida

I ¿.U

1 nn0 1UUoro pnv- OU13

•4-*

03 RHL- OU0)Q.

E /in4Uo

on -zu

n A

Xs,/y 0. -OQ

/5,6; 10

n

^/1 2; 50

i; 30

X^IS,'

/ÍS.a; 70

6' 60

°0* 100

;90

O 10 15

miliAmperios

20 25

FIG. 2.2 Temperatura vs. Corriente de salida del transmisor

de temperatura

2.1.2 FLUJÓMETRO "KOBOLD" - "ENDRESS + HAUSER"Se han incorporado cuatro flujómetros en el proceso a fin de obtener datos

totalizadores de la cantidad de agua que ingresa a las ollas de la Sala de

Cocimiento, e interactuar con la instrumentación anteriormente disponible.

El Sistema tiene cinco mediciones para la entrada de agua, a saber:

14

1. Ingreso de agua en Filtro Leuter.- Se ingresa agua base para

el proceso de filtrado y para el enjuague del tanque. Estos

ingresos de agua son medidos mediante un Flujómetro

Kobold, ya existente en el sistema y con su propio control, el

cual fue adaptado para su correcta operación en este tanque.

2. Ingreso de agua en Autoclave.- Se ingresa agua base en la

olla autoclave con ciertos requerimientos de temperatura, la

cantidad de agua se mide con un flujómetro Endress +

Hauser.

3. Ingreso de agua en Macerador.- Se ingresa agua base para el

tanque Macerador y se mide con un fiujómetro Endress +

Hauser.

4. Ingreso de agua para Remojo de malta.- Se ingresa agua

para remojar la malta por un determinado tiempo y la

medición del ingreso es realizada mediante un Flujómetro

Endress + Hausser.

5. Ingreso de agua para enjuague de rodillos.- Se ingresa agua

para limpiar y enjuagar los rodillos trituradores de malta. Este

ingreso de agua es medido con un Flujómetro Endress +

Hausser.

2.1.2.1 Flujómetro Kobold

Los Flujómetros de turbina Kobold son usados para la medida]

control y monitoreo del flujo de líquido. Debido a que estos

instrumentos están construidos con materiales de alta resistencia y

pueden ser usados para cualquier tipo de líquido.

El flujómetro tiene un sensor de flujo de PVC, giratorio dentro de una

tubería, el mismo que transmite de forma mecánica la cantidad de

15

caudal, que al acoplarse a un sistema electrónico acondicionado,

permite obtener a la salida señales de pulso cada cierto volumen de

líquido.

Características:

Salida de pulsos;

Alimentación Eléctrica:

Max- Corriente:

Max- Carga:

Max — Temperatura:

Precisión de medida:

Protección:

NPN, PNP a 24VDC

24VDC

400mA

500Q

60°C

±1%

IP65

Conexión

PVC

80

Rango de

medida

(m3/hora)

agua

2.0-80

Rango de

frecuencia

Hz

2.66-106.44

Frecuencia

(Pulsos/

litro)

4.79

Tipo de parte

TUR 1080

Esquema

Fig. 2.3 Vista lateral flujómetro kobold

16

2.1.2.2 Flujómetro Endress + Hauser

El Fiujómetro Endress+Hauser realiza las mediciones basado en la

ley de Faraday, según lo cual un voltaje es inducido en un conductor

en movimiento dentro de un campo electromagnético. El flujo medio

corresponde al movimiento del conductor.

El voltaje inducido es proporcional a la velocidad del flujo y es

detectado por dos electrodos y transmitido a un amplificador. El

campo magnético es generado por el suministro de corriente directa

con variación en la polaridad.

Ue = B • L • v

Q-A-v

Ue voltaje inducido

B inducción magnética (campo magnético)

L gap de electrodo

v velocidad de flujo

Qcaudal

A sección transversal de tubería

I corriente

Fig. 2.4 Vista lateral flujómetro E+H

El instrumento mide el flujo de agua de forma electromagnética, lo

cual evita un constante mantenimiento como en el caso de los

medidores tipo turbina.

VDC

17

El flujómetro seleccionado para este proyecto es el tipo PROMAG

10 W, con las siguientes características:

Entrada:

Variable medida con flujo proporcional.

Rango de medida típico entre 0.01 a 10 m/s

Rango de flujo operable sobre 1000:1

Salida:

Salida de corriente activa aislada galvánicamente, valor a fondo de

escala seleccionable de 4 a 20 mA, RL<700 D

• Salida de pulsos de colector abierto, aislados

galvánicamente con valor de pulso y polaridad

seleccionable, ancho de pulso de 5 a 2000ms y

frecuencia máxima de 100Hz

• Salida de estado para señales de alarma.

Características de Salida.-

Para el caso que nos amerita, se ha configurado la señal de pulsos

para tener una equivalencia de 1 hectolitro porcada pulso.

Ancho dePulso 1 Pulso/Hectolitro

T(s)

Fig. 2.5 Características de salida del flujómetro E+H

18

2.1.3 TRANSMISOR DE DENSIDAD "ANTÓN PAAR"

El transmisor de densidad "ANTÓN PAAR" está constituido por dos

componentes principales, el instrumento transductor, involucrado

directamente con el proceso y la unidad procesadora, en función del control

y muestreo.

/Transductor de Densidad(Ubicado en el proceso)

/

/— *

/Unidad procesadora

(Ubicada en el tablero)

/

/Fig. 2.6 Componentes del densitómetro

2.1.3.1 Transductor de Densidad - DPR1000

El transductor de densidad utiliza como principio de funcionamiento

la velocidad de sonido "VS", puesto que, está definida como la

distancia "s" dividida para el tiempo de propagación T, que un

pulso de sonido necesita para pasar a través de dicha distancia.

s

t

Los pulsos ultrasónicos son generados mediante un transmisor tipo

piezo-eléctrico. Eí tiempo de propagación de un pulso ultrasónico es

medido y convertido en una señal periódica.

La velocidad del sonido y las propiedades del transductor DPRn

dependen de la temperatura, es por eso que a este instrumento se lo

puede usar también como transmisor de temperatura.

Todos los datos antes mencionados son transmitidos a la unidad

procesadora mediante un cable.

19

Características.-

Temperatura de Ambiente: -25°C a + 75°C

Humedad; 10 a 90%

Clase de protección: IP 65

Alimentación 12a 16 VDC

I < 20mA

Fig. 2.7 Vista Frontal - Transductor DPR 1000

2.1.3.2 Unidad procesadora - mPDS 1000

La señal del transductor es transportada hacia la unidad de

procesamiento y visualización, que está diseñada para medir

densidad y niveles de concentración de sustancias en procesos

industriales.

20

Esta unidad tiene incorporadas las siguientes entradas y salidas:

• 1 entrada para un transductor DPR(n)

• 1 entrada analógica de 4 a 20 mA

• 5 selectores externos de producto (32 productos)

• 1 entrada digital

• 2 Salidas analógicas

• 2 relés para límite de monitoreo

• Canal de comunicación serial RS-232.

Adicionalmente, la unidad permite el ajuste de parámetros para:

• Compensación de temperatura

• Determinación de concentración

• Monitoreo en límite alto o bajo

• Escalamiento de salidas y entradas análogas

• Aplicación específica

60 -i

40

-a 30rs

20

10

Características de Salida

Densidad vs. Corriente de Salida

D 10

Corriente

15 20 25

FIG. 2.8 Señal de Salida de Unidad Procesadora Antón Paar

mPDS 1000

21

EXTR:Uarn. Exlr

mPDS 1000Evaíuation Unít

FIG. 2.9 Vista frontal - Unidad Procesadora mPDSIOOO

2.1.4 TRANSMISORES DE PRESIÓN "ABB"

En ia Sala de Cocimiento se tiene dos transmisores de presión de iguales

características, los cuales fueron instalados para otorgar seguridad en los

procesos, tanto en la olla de Autoclave como en la Paila de Recuperadora.

Los transmisores son de marca ABB, serie 520T, con alimentación de 24

VDC y salida de corriente normalizada de 4 a 20 mA.

El transmisor de presión ABB emplea un sensor de capacitancia cerámica

herméticamente sellado, circuito híbrido de membrana gruesa.

Características del 520T

• ±0.2 % de exactitud en alcance (Span accuracy)

• Excelente estabilidad de temperatura

Límites de

Alcance (Span)

0-40 aO-160psi

Límite de Rango

en bajo

-14.7psi

Límite de Rango

en alto

160psi

Máxima Presión

de trabajo.

480psi

22

Característica de salida - Transmisor 520T

Presión vs. Corriente de Salida

120

100 -

80-

60

40

20

10 15

miliAm pecios

20 25

FIG. 2.10 Señal de Salida Transmisor de presión ABB 520T

2.1.5 ACCESORIOS GENERALES DE INSTRUMENTOS-SELECCIÓN DE CABLES

Para incluir las señales previnientes de los transmisores hacia el

Controlador Lógico Programable, y desde éste, hacia los actuadores

(electroválvulas), es fundamental seleccionar apropiadamente los

conductores que llevarán estas señales3 considerando la presencia de

interferencia causada por el ruido eléctrico, generalmente presente en un

ambiente tipo industrial, que podría eventualmente alterar el valor de dichas

señales.

Para el caso concreto de este proyecto, se ha seleccionado el cable tipo

Belden, con blindaje metálico y cubierta protectora, a fin de eliminar o

reducir la interferencia y que las señales de la instrumentación no se vean

afectadas.

En ese mismo contexto, es importante conectar el escudo metálico del

cable a la tierra del sistema, pero solamente en uno de los extremos del

cable.

23

En la tabla No. 2.1 se presenta una descripción de los diferentes tipos de

cables utilizados para enviar las señales y alimentación eléctrica desde y

hacia la instrumentación de campo.

Tabla No. 2.1 Descripción de Cables para Instrumentación.

ÍTEM

1

2

TIPO-

BELDEN,

PART

No.

9964

9966

9966

9966

8720

DESCRIPCIÓN

Cable multiconductor de 4

hilos con escudo metálico

trenzado,

aOAWGíeOOVrmsJOS0)

TOTAL -Cable tipp 9964

Cable multiconductor de 2

hilos con escudo metálico

trenzado,

22AWG(600Vrms,105°)

Cable multiconductor de 2

hilos con escudo metálico

trenzado,

22AWG(600Vrrns,105°)

Cable multiconductor de 2

hilos con escudo metálico

trenzado,

22AWG(600VrmsJ105°)

TOTAL -Cable tipo 9966

Cable gemelo con

aislamiento de polietileno-

14AWG(600V,80°C)

TOTAL -Cable tipó-8720

CANTIDAD

(m)

45

45

140

30

160

330

45

45

USO-UBICACIÓN

Señal para

Flujómetros

Señal de

Transmisores de

Temperatura.

Señal de

densitómetro

Señal de control a

Servo válvulas de

Vapor

Alimentación para

sensores de flujo

24

2.2 CONTROLADORES Y CONTADORES

En el Sistema de Supervisión, Control y Administrador de Recetas, al que hace

referencia este proyecto, existe la opción de seleccionar: Control Automático,

mediante el PLC; y Control Manual, a través de Controladores y Contadores.

En el caso de una eventual falla o desconexión del computador o del PLC, y como

medio alternativo de control, se tiene prevista la operación de consoladores y

contadores, descritos mas adelante, a través de los cuales se mantendrá el

control sobre la temperatura y volumen de agua.

Los controladores ABB y Honeywell realizan el control manual de temperatura y

los contadores Durant realizan el control manual para el volumen de agua.

2.2.1 CONTROLADOR ABB KENT TAYLOR SERIE 1900

El Controlador ABB realiza funciones de control y registro a través de

señales de salida y cartas circulares con trazadores que registran la

variación de la señal analógica.

Previa a la instalación y operación de este controlador, es preciso realizar

la calibración, configuración y programación, tanto para las entradas como

para las salidas, considerando el tipo de señal, sus valores límites y los

correspondientes valores de ingeniería.

En esta serie, existen dos tipos de controladores, con llaves de segundad y

con seguridad interna por software, que es el que se utilizó en este

proyecto.

Los Controladores ABB están constituidos internamente por una "Tarjeta

Madre" y módulos de entradas - salidas insertadas en la misma.

25

2.2,1.1 Selección del tipo de entrada

La tarjeta madre y los módulos de entradas y salidas tienen jumpers

para ser configurados por hardware de acuerdo a su uso.

En la selección de la entrada se debe cambiar dos jumpers, uno

para la tarjeta madre y otro en el módulo de entradas y salidas.

Para este proyecto necesitamos del uso de dos canales de entrada,

uno directamente de la Tarjeta Madre y otro del primer módulo de

entradas y salidas.

Al utilizar las señales de 4 a 20 mA previnientes del transmisor de

temperatura, los jumpers fueron posicionados de la siguiente

manera:

a) Para el Canal 1:

Fig. 2.11Posición deJumpers entarjeta madrepara untransmisor endos cables

2.2.1,2 Entrada para transmisores de dos cables

El módulo de entradas y salidas tiene varios pines para realizar

conexiones que de acuerdo al tipo Transmisor de temperatura

usado en este proyecto se toma el pin #4 para el ingreso de la señal

y la conexión para la alimentación del transmisor se la realiza en el

pin #6.

26

i2

3

4

5

6

7

8

9

10

n

15

FIG. 2.12 Conexión del Transmisor deTemperatura en e! módulo de entradas-salidas

2.2.1.3 Programación para una Entrada Analógica.

Para el caso de temperatura, los controladores serán programados

con los siguientes parámetros:

• Entrada de corriente de 4 a 20 mA

• Display para un rango de 0°C a 120°C.

• Detección del ±10% del rango establecido.

• La variable es manejada a baja scala al detectar un

fallo.

FLUJOGRAMA DE PROGRAMACIÓN

En la programación de los parámetros antes mencionados se debe

seguir una secuencia lógica, deshabilitando previamente cualquier

tipo de seguridad que el controlador tenga habilitado.

A Continuación se ilustra el flujograma de programación:

SETUPINPUT

(Configuración de Entrada)

SELECT(Seleción del Canal)

INTYP{Tipo de Entrada) _A_P (Corriente)

LNTYP(Tipo de Linealizado) NONE (Ningún)

rNG-HI(Valor máximo de

Entrada)

rNG-LO(Valor mínimo de

Entrada)

ENG-HI(Valor máximo de

Ingeniería)

T

dECPí(Punto Decimal)

27

20.0

4.0

120

10

ENG-LO(Valor mínimo de

Ingeniería)

*bSPd(Sensor de ruptura cordriver de protección)

+FdLP

(Detección de falla enporcentaje de Nivel)

*ENG-LO(Valor mínimo de

Ingeniería)— *•

0

NONE (Ningún)

NONE (Ningún)

NONE (Ningún)

FIG. 2.13 Flujograma de programación del Controlador

Tabla No. 2.2 Opciones de configuración.

ABB

Parámetros Acción Opciones

SELECT Selecciona el Canal PU_4Í variable de proceso en canal 4

PU_3, variable de proceso en canal 3

PFB-2, posición de retroalimentación

en Controlador 2

rSP-2, ajuste remoto en Controlador 2

PU-2, variable de proceso en canal 2

28

PFB-1, posición de retroaiimentación

en controlador 1

rSP-,ajuste remoto en controlador 1

PU-1, variable de proceso en canal 1

NONEÍ

IntYP Tipo de entrada Rtd, resistencia termómetro

tcPL, termocupla

VOLt, Voltaje

LO OH, Resistencia Baja

Hl OH, Resistencia Alta

_A_P, corriente

_ULt, milivoltios

NONE, Ninguno

LntYP Tipo de linealizado 5/2,

3/2,

SQRT,

rtD, Resistencia termómetro

tC-b, termocupla tipo B

tC-n, termocupla tipo N

tC_E, termocupla tipo E

tC_J, termocupla tipo J

tC_t, termocupla tipo T

tC_S, termocupla tipo S

tC_r, termocupla tipo R

tC_k, termocupla tipo K

NONE, Ninguno

rNG Hl Máximo valor de entrada Valor

rNG LO Mínimo valor de entrada Valor

UNITS Selección de unidades deG-F, grados Farenheit

deG-C, grados Celsius

NONE, ninguno

ENG Hi Valor máximo de

ingeniería

Valor

29

decPt

ENG-LO

bSPd

FdLP

PrGFLt

Ajuste de punto decimal

Valor mínimo de

ingeniería

Protección de ruptura de

fallo

Detección de falla

Filtro programable

Valor hasta 1000

Valor

NONE, sin protección

UP, manejador a sobre-escala

dN, manejadora bajo-escaia

Valor en porcentaje

Valoren porcentaje

2.2.2 CONTROLADOR HONEYWELL COMMANDER DR 4300

El DR4300 está construido en dos versiones, de un solo trazador y de dos

trazadores.

El DR4302, utilizado en este proyecto, tiene dos trazadores que graban los

sucesos de una variable mediante plumillas accionadas con motores de

pasos controlados por un microprocesador.

Las dos versiones de controladores incluyen un teclado y un display para

su configuración y visualización de forma digital.

2.2.2.1 Selección el Tipo de Entrada.

Para la configuración del tipo de entrada, sea de corriente o de

voltaje, es necesario realizar ciertos cambios en el hardware, a

través de "dip switchs" en "SW6" ubicados en el módulo de entradas

y salidas.

Para el caso de una entrada con señal de corriente normalizada de 4

a 20mA, la posición de los "dip switch" es la que se muestra a

continuación:

30

Tipo de

Entrada

4 a 20 mA

1

OFF

2

*

3

OFF

4

ON

5

OFF

6

ON

FIG. 2.14 Posición de dip switchs para entrada de 4 a 20 mA

2.2.2.2 Entrada para transmisores de dos cables.

Los dos transmisores de temperatura utilizados en este proyecto van

conectados en los módulos de entradas- salidas en la regleta de

conexiones TB2, como se indica en la figura siguiente:

transmisornA

A t

TB2

FIG. 2.15 Conexión del Transmisor de Temperatura en la regleta

TB2 del módulo de entradas-salidas

31

2.2.2.3 Flujograma de Programación

En la programación de una entrada analógica se deben configurar

ciertos parámetros importantes, tales como: Unidades de

temperatura, localidad de decimal, actuación, rango de valores en

unidades de ingeniería, bias o compensación de la variable, filtro y

Burnout.

SETUP

IN TYP(Tipo de Entrada)

XM1TTR(Tipo de linealízacíón)

LD CAL(Valores deCalibración)

INP Hl(Valor en alto para la

variable)

INP LO(Valor en bajo para la

variable)

BIAS(compensación)

FILTER(Filtro Digital)

BRNOUT(protección de fallo)

DECMAL(Número dedecimales)

UNITS(Unidades de la

Variable)

xxxx.x(1 decimal)

4-20(4 a 20 mA)

Lin(Lineal)

(uso de valor decalibración^

120

Calibración en Campo

No Filter(Sin Filtro)

NONE(Sin protección)

NONE(Ninguno)

FIG. 2.16Flujogramapara laprogramaciónde unaentradaAnalógica enelControladorHoneywell

Opciones de configuración.

32

Parámetros Acción Opciones

DECM Ajuste de punto decimal XXXX, sin decimal

XXX,X, un decimal

XX,XX, dos decimales

UNITS Ajuste de unidades NONE, ninguna

F] grados Fahrenheit

C, grados Celsius

INTYP Tipo de entrada B] termocupla B

EH, termocupla E, rango alto

EL, termocupla E, rango bajo

JH, termocupla J, rango alto

JL, termocupla J, rango bajo

KH, termocupla K, rango alto

KL, termocupía K, rango bajo

NNM, termocupla NiNi

N!C, termocupla Nicrosil

R, termocupla R

S, termocupla S

TH, termocupla T, rango alto

TL, termocupla T, rango bajo

W, termocupla W

100H, RTD-IOOohmios, rango alto

100L, RTD-IOOohmios, rango bajo

100T, RTD-IOOohmios, rango

especial

4-20, Miliamperios

0-20, Miliamperios

10m, Milivoltios

100m, Milivoltios

200m, Milivoltios

0-1, Voltio

33

XMITTR

LOCAL

INP Hl

INP LO

BIAS

FILTER

BRNOUT

Linealización de la

entrada

Ajuste de valores de

calibración

Valor alto de entrada

Valor bajo de entrada

Compensación a la

entrada

Filtro digital ajustable

Protección a fallas de

entrada

0-2, Voltios

1-5, Voltios

0-5, Voltios

0-10, Voltios

2-10, Voltios

UN, Lineal

SRT, raíz cuadrada

FAC, calibración ajustada

FLD, calibración en campo

Valor

Valor

Valor

No Filter, sin filtro

1 a 120 segundos

NONE, Ninguna

UP, corrección a sobre escala

DOWN, corrección a bajo escala

2.2.3 CONTADOR DURANT MODELO 45610-400

Los contadores son dispositivos que realizan el conteo de los pulsos

enviados por los flujómetros; y en función del resultado de esa medición,

provocan salidas para el cierre o apertura de válvulas en forma automática.

El Durant 45610-400 es un contador de impulsos que dispone de una

entrada para el conteo de pulsos y un selector para escoger el modo de

operación aditivo o substractivo.

Este contador puede ser configurado para realizar el control por conteo de

pulsos o por tiempo, desde 0.1 segundos hasta 9999.99 minutos.

34

FIG. 2.17 Vista Frontal del contador Durant 45610

2.3 CONTROL DE VOLUMEN DE AGUA

2.3.1 FUNCIONALIDAD

El control de volumen de agua en la sala de cocimiento puede hacerse de

modo "manual" o "automático". Mediante este sistema se elaboró el ingreso

de agua en:

• Olla autoclave (PLC Macerador)

• Tanque macerador (PLC Macerador)

• Rodillos (PLC Macerador)

• Tolva de malta (PLC Macerador)

• Filtro Leuter (PLC Filtro)

En la posición "manual" se ponen en funcionamiento los contadores, que

son previamente programados por el usuario y emiten una señal para el

cierre de la válvula respectiva al ingresar la cantidad de agua programada.

El aviso de cierre de válvula se hace con la apertura de un contacto en el

35

contador, el cual ingresa a un módulo del PLC, que ejecuta el cierre de la

válvula.

En la posición "automático", los datos de cantidad de agua son enviados al

PLC respectivo desde la Receta almacenada en el PLC Supervisor.

La selección de posiciones, manual o automático, es ingresada a un

módulo del PLC mediante un selector.

Los pulsos del flujómetro son censados en el contador y el PLC

simultáneamente a través de un relé.

2.3.2 ALGORITMOS DE CONTROL

Los algoritmos programados en el PLC siguen la lógica presentada en los

flujogramas indicados más adelante.

Todos los controles, en modo automático, actúan posterior a la recepción

de datos de receta por parte del PLC Supervisor; y la orden de cierre de

válvulas de agua se produce al terminar el conteo de pulsos de cantidad de

agua.

36

Ingreso de agua en Autoclave

/ Arranque de Control \e Agua en Autoclave./*

Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)

Envié datos de Recetade PLC Supervisor

NORecepción del

dato de Recetas

SI

Carga del dato derecetas en el PLC

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FE4"

Apertura de Válvula deagua - "V6"

Cierre de Válvula deagua-"V6"

Carga de Dato deReceta

ngreso de agua =Dato Receta

FIG. 2.18 Fíujograma -lógica de control para Volumen de agua en

Autoclave

37

Ingreso de agua en Macerad o r

'Arranque de Controlde Agua en

v Macerador.

Seleccionar modo deoperación (Man~Auto)

NO

Envié datos de Recetade PLC Supervisor

NORecepción del

dato de Recetas

Carga de Dato deReceta

Carga del dato derecetas en el PLC

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FES"

Apertura de Válvula deagua-"V10"

ngreso de aguaDato Receta

Cierre de Válvula deagua-"V10"

FIG. 2.19 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en

Macerador

Ingreso de agua en Rodillos

/^Arranque de ControPxf de Agua en Enjuage 1V de Rodillos

Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)

SI

Envié datos de Recetade PLC Supervisor

NORecepción del

dato de Recetas

Carga del dato derecetas en el PLC

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FE2"

SI

Cierre de Válvula deagua-"V8"

SI

Apertura de Válvula deagua-"V8"

ngreso de agua =Dato Receta

Carga de Dato deReceta

FIG. 2.20 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en

Rodillos

39

Ingreso de agua en Tolva de malta

/Arranque de ControN(de Agua en Remojo de 1V Malta. _/

Seleccionar modo deoperación (Man-Auto)

Envíe datos de Recetade PLC Supervisor

Recepción deldato de Recetas

Carga del dato derecetas en el PLC

Carga de Dato deReceta

Arranque de Contadorde pulsos de agua-

"FE1"

Apertura de Válvula deagua - "V7"

ngreso de agua =Dato Receta

SI

Cierre de Válvula deagua-"V7"

FIG. 2.21 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en

Tolva de Malta

40

Ingreso de agua en Filtro

Recepcion_Datode Receta

Carga de Dato deReceta

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FE511

Apertura de Válvula deagua-"V16"

Fin de conteo depulsos de agua

Cierre de Válvula deagua~"Vl6"y/o"V18"

Arranque de Control deAgua en Filtro

Recepcion_Datode Receta

SI

Carga de Dato deReceta

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FES"

Apertura de Válvula deagua-"V16"

Fin de conteo depulsos de agua

SI

'

Cierre de Válvula deagua-"V16"y/o"V18"

Recepcion_JDatode Receta

Carga de Dato deReceta

Arranque de Contadorde pulsos de agua -

"FE5"

Apertura de Válvula deagua -"V16"

Fin de conteo depulsos de agua

SI

'

Cierre de Válvula deagua-"V16"y/o"V18"

FIG. 2.22 Flujograma -lógica de control para Volumen de agua en

Filtro

41

2.4 CONTROL DE TEMPERATURA

2.4.1 FUNCIONALIDAD

EL control de temperatura se realiza en los siguientes tanques:

• Autoclave

• Macerador

• Paila Recuperadora,

en donde se incrementa o disminuye la temperatura de acuerdo al punto de

ajuste que el usuario ingrese en la interfaz. El control se realiza a través de

bloques reguladores PID's configurables.

La señal de los transmisores de temperatura ingresa a las entradas

analógicas del PLC para ser procesada y posterior controlar el cierre y

apertura de válvulas de vapor.

PLC

RTD

FIG. 2.23 Señal de transmisor de temperatura hacia el PLC

La señal de salida del PLC que controla la temperatura es transmitida en

forma de corriente hacia los transductores I/P (corriente a presión)

respectivos que operan sobre las válvulas de vapor.

Transmisor deTemp eratura (TT1)

Regulador PID -PLC Macerador

Transductor de Válvulade Vapor (V3)

FIG, 2.24 Control de Temperatura en Autoclave

42

Transmisor deTemperatura (TT2)

Regulador PID-PLC Macerador

Transductor de Válvulade Vapor (V13yV14)

FIG. 2.25 Control de Temperatura en Macerador

Transmisor deTemperatura (TT3)

Regulador PID -PLC Macerador

Transductor de Válvulade Vapor (V31)

FIG. 2.26 Control de Temperatura en Mezcladora de agua

Transmisor deTemperatura (TT5)

Regulador PID -PLC Macerador

Transductor de Válvulade Vapor (V26)

FIG. 2.27 Control de Temperatura en Paila Recuperadora

Los reguladores PID son funciones FB en la programación de los PLC'S y

se usan dos FB'S para control continuo de tipo CONT_C en la olla de

Autoclave y Paila de hervir y un FB para control proporcional de tipo

"PULSGEN" para el tanque Macerador.

Los bloques de regulación suponen una regulación solamente de software,

es decir, un bloque contiene todas las funciones del regulador. Los datos

necesarios para el cálculo cíclico están almacenados en los bloques de

datos asociados. De esta forma es posible llamar varias veces los FB.

E! FB "PULSEGEN" se combina con e! bloque FB "CONTJ3" para obtener

un regulador con salida de impulsos para atacar actuadores

"proporcionales" como es el caso de las válvulas en e! tanque Macerador

(V13y V14).

Un regulador realizado por medio de los FB'S se compone de una serie de

funciones parciales parametrizables por el usuario. Además del regulador

con su algoritmo PID, los FB incluyen funciones de acondicionamiento de

43

valor de consigna, de valor real así como de la magnitud manipulada

calculada.

Una regulación creada con los dos bloques mencionados es neutra, por

principio, en cuanto a sus posibles aplicaciones. El rendimiento de

regulación y con ello la velocidad de procesamiento depende únicamente

de la potencia de la CPU utilizada.

Para una CPU dada, es necesario encontrar un compromiso entre el

número de reguladores y la frecuencia de procesamiento de cada uno de

ellos. Cuanto más rápidos sean los lazos de regulación, es decir deban

calcularse con mayor frecuencia las magnitudes manipuladas por unidad

de tiempo, menor es el número de reguladores instaiables.

Existen restricciones relativas al tipo de proceso a regular. Los bloques de

función se aplican a sistemas inerciales (temperaturas, niveles de llenado,

etc.) así como a sistemas muy rápidos (caudal, velocidad de rotación, etc.).

2.4.2 ALGORITMOS DE CONTROL

Temperatura en Autoclave.

44

Arranque del Controlde Temperatura en

Autoclave

Habilitación del PID-Autoclave

FB 58

Señal de 4 a 20mAdel

PLC_MaceradorSalida Analógical.

Acción del P1D sobreválvula 3

FIG. 2.28 Flujograma- lógica de control de temperatura en

Autoclave

45

Temperatura en Macerador.

Arranque del Controlde Temperatura en

Macerador

Habilitación del P1D-Macerador

FB 58

Habilitación delGenerador de

Pulsos.FB43

Envío de valores de lasalida del PID hacia

entrada del Generadorde pulsos.

Acción del generadorde pulsos sobre

válvula 13

Acción del generadorde pulsos sobre

válvula 14

FIG. 2.29 Flujograma — lógica de control de temperatura en

Macerador

46

Temperatura en Mezcladora de Agua.

Arranque del Controlde Temperatura enMezcladora de agua

Habilitación del PID-Mezcladora

FB58

Señal digital depulsos crecientesPLC_MaceradorSalida DigitaH.

Señal digital depulsos

decrecientesPLC_MaceradorSalida Digital2.

Apertura de válvula Cierre de válvula

Acción sobre VálvulaV31

FIG. 2.30 Flujograma - lógica de control de temperatura en

Mezcladora de agua

47

Temperatura en Paila Recuperadora.

Arranque del Controlde Temperatura enPaila Recuperadora

Habilitación del PID-P. Recuperadora

FB 58

Señal de 4 a 20mAdel PLC Filtro

Salida Analógica"!.

i

Acción de

>

PID sobreválvula 26

FIG. 2.31 Flujograma - lógica de control de temperatura en Paila

Recuperadora

2.4.3 PARAMETRIZACIÓN DE PED'S

Los controles de Temperatura están dentro de bloques de función TB" los

mismo que están asociados a bloques de datos DB, en los cuales se

ingresan datos de configuración del P!D haciendo doble clic en el "DB"

dentro del programa de bloques o en la opción "Parametrización de

Regulación PID" dentro de la carpeta "Step 7" del S1MATIC.

La parametrización de PID'S consiste principalmente en dar valores a las

constantes proporcional, integral y derivativa e indicar los valores de ciertos

parámetros los cuales se presentan a continuación:

El tiempo de muestreo del controlador es ingresado en el parámetro

"Controller sampling time" en valores de segundos y el ancho de banda

muerta del control se ingresan dentro de "dead band widht", como se

presenta a continuación;

Controller sampling time; | 0.1 s .Dead band width: j O

Las variables del proceso son configuradas en el cuadro "Process Valué"

donde se activa o desactiva la entrada y salida poniendo un visto en

"Actívate I/O", el modo de entrada y salida es seleccionado en "I/O mode",

finalmente a la variable de entrada se la multiplica por una constante en

"Factor" y se compensa en el parámetro "Offset", tal como se visualiza en el

siguiente gráfico;

-¡ lúceos vdiut; — • •

F Actívate I/O

1/0 mode

Climatlc ^J

- ^prj§rrJgÍ liM^m^@^ --BímClímaticCurrent/voltaqe

Factor: ! 1

Offset: ] 0

Los parámetros de PID son ingresados en el cuadro posterior donde se

ingresan valores de constantes de Ganancia en "Proporcional Gain",

49

constante de Integración en "Integral Time", constante derivativa en

"Derivative time".

Además se ingresa una constante de multiplicación para el valor de

SetPoint en Tactor for setpoint change", factor derivativo en "derivative

factor" y habilitar o deshabilitar el inicializado de la acción integral en

"Initialize integral action" con un valor de inicio en el parámetro "Inicial

valué" en porcentaje.

I IU 1 dlalliCLtíli.

Proportional gaítr j

Integral time; j

Derivative time: J

í"~ Inítialize integra! action

•] hactor íor setpoint ]change: '

0.1 s

2 s Derivative factor: J

Initisl valué: j

1

5

0 %

La zona de control es habilitado poniendo un visto en "Enable" e indicando

un valor del ancho de la zona, tal como se presenta a continuación:

L,UI.H.IUI,¿JJMB ,'

•.;P" .Enab]e . . / - . , Width: j 100

A la variable manipulada o de salida se ingresa un porcentaje de limite

máximo en "Upper limit", porcentaje de limite mínimo en "Lower limit",

constante de multiplicación en "Factor" y compensación en "Offset".

ividnipuieiiBU vdiiduie

LJpper limit:

Lower limit:

) 100 %

j 0 %

Factor:

Offset:

I 1

I

El Generador de pulsos es habilitado en el cuadro "Pulse Generador"

colocando un visto en "Enable" acompañado del ingreso de variables como

50

tiempo de muestreo en "Sampling time", mínimo tiempo de ruptura en

"Mínimum pulse/break" y el periodo en "Period".

i uii-t utiieicnuí —

I"* Enable

Sampling time:

Mínimum pulse /bieak |time: '

0.02 s Period: j

0 s

1 s

2.5 CONTROL DE DENSIDAD

2.5.1 FUNCIONALIDAD

El control de densidad se realiza en la Paila de Hervir. Debido a que es la

última etapa del cocimiento de la cerveza, el líquido final se debe enviar a

los procesos posteriores con ciertos requerimientos de densidad

configurables desde la interfaz por parte del usuario.

El control de densidad es programado con bloques lógicos, los cuales una

vez que sean arrancados por el usuario controlan la secuencia de hervido,

el mismo que al llegar a sus valores de setpoint enviados por la receta,

deshabilita las acciones de hervido y activa un aviso indicando que el

líquido está listo para el envió a los siguientes procesos en bodega de frío.

51

2.5.2 ALGORITMOS DE CONTROL

Arranque del Controlde Densidad en Paila

de Hervir

Apagado deprogramas de

hervido.

Aviso de liquido Listo ala interfaz.

F1G. 2.32 Flujograma - lógica de control de densidad en Paila de

Hervir

52

2.6REDDEPLCTS Y ARQUITECTURA

Para este proyecto se ha construido una red de PLC's incorporando, a la

anteriormente existente, un PLC-Maestro para realizar acciones de Supervisor y

almacenar datos extensos de Recetas.

La red es de tipo Ethernet y es utilizada para proporcionar gran rapidez y

potencialidad en el intercambio constante de datos.

2.6.1 DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE RED

La red LAN ¡mplementada es la Industrial Ethernet, con topología tipo bus;

en la cual, cada nodo es juntado a través de módulos eléctricos de Red,

que sirven como HUBs industriales.

Esta red Lan está constituida por 4 PLC'S; a saber; PLC-Macerador, PLC-

Filtro, PLC-Silos y PLC-Maestro. Adicionalmente, a esta Red se han

incorporado dos extremos de computadoras: PC-Silos y PC-Recetas.

51

PLC

57

- 3

00 C

PU

314

M

AE

STR

O-

SU

PE

RV

ISO

R

CO

MU

NIC

AC

IÓN

TC

P/I

P

TA

RT

TA

DE

RE

D 1

0/1

1»

MC

pl

ELH

'S (I

ND

US

TR

IAL

ETH

ER

NE

T)

[> —

i K

P —

TI 8H

PLC S7-300 CPU 314 IFM FILTRO

PLC S7-300 CPU 314 IFM MACERADOR

PLC S7 - 300 CPU 313 SILOS

FIG

. 2.3

3 E

sque

ma

de la

Red

im

plan

tada

52

2.6.2 PLC SIMATIC S7-SÜPERVISOR

El PLC -Supervisor o Maestro es utilizado con el fin de administrar los datos

que el computador Recetas envía a los demás PLC'S.

Está programado con una función cíclica para enviar o recibir datos cada

cierto tiempo.

El bloque defunción FB14 "GET" es programado para la recepción asincrónica

de datos en un tiempo indicado.

El bloque de función FB15 "PUT" es programado para el envío asincrónico de

datos en un tiempo indicado.

Los bloques FB14 y FB15 son programados utilizando una dirección de enlace

al módulo CPU que va a acceder y la memoria a la que se va a depositar.

Ethernet(t)Industrial Ethernet

MPl(1JMR

!

._ , — -_

j¡ FILTRO;' ' íSTifl cpu! IPilU 314 IFi: Mi! B

:p •43-1 ,

• !

i B

ii

i

r¡

•

1 '

1

MACERADOR:CPU314 1FM

•

:p43-1

T

•

\

1i

iii.

SILOSCPU C313 3

1• 1

P43-1

r1

2

*

1in

PCStationOPC Server

E

:P813

B 1

i

Supervisor :CPU314

•8

CP43-1

Tm

•\~\ §g3

aji l

Recetas ¡OPC Se (rver

E

;pei3

i

FIG. 2.34 Pie Supervisor y equipos interactuantes

CPU

SILOS

FILTRO

MACERADOR

SUPERVISOR

Direcciones IP

140.80.0.1

140.80.0.4

140.80.0.3

140.80.0.7

53

PC

S¡Ios_PCStation

Recetas

Direcciones IP

140.80.0.2

140.80.0.8

FIG. 2.35 Direcciones IP de CPU'S y PC'S

2.63 PROGRAJVIACIÓNDELS7-300

En la programación del Simatic S7-300 se ha utilizado el lenguaje KOP el cual

sigue los principios del lenguaje "Esquema de contactos" (en inglés Ladder

Logic) fijados en la norma DIN EN-61131-3 (int. IEC 1131-3).

La ¡nterfaz de programación es presentada en el gráfico siguiente y en la parte

derecha está la librería de funciones.

^ - [FC1 -SIMVÍTCJIETJCPVCP 30Q]

S- Ffe E* Insett PLC Debug Vlew Optkxu Window Help

D|Q£ÍS-!HÍ reí Hi-M-olEiíuMHDeelaratíoft Xnttlal volme

reí : Tiele:

3fetiiark J^: TiCle:

tí) Hew networf;

ItUjS Comparas»B t*3 Converter

-O 8CDJO I BCD

B BCD_D1- B DLBCD

¿wvj

-B NEGJ-B NEG oíBNEGJIB ROUNDB TRUNC

-QCEILBFLOOR

Sl{3g CounterFf

K0] Integcrfct.E (íiJ Floaíing-poirt fct.E- £3 Move¡t'-Ej Program contiolK- (si Shít/Rotater¿ Si Status bisÉ QíJ T¡rnersSiS Wordlotfc

FIG. 2.36 Interfaz de Programación - Step 7

54

CAPITULO 3

CONFIGURACIÓN DE LAINTERFAZ HOMBRE- MÁQUINA

3.1 COMUNICACIÓN PLC - COMPUTADOR

Para enlazar el computador a la red de PLC'S se debe añadir una tarjeta de tipo

Ethernet. El modelo de tarjeta que se ha escogido en este proyecto es la tarjeta "CP

1613" la misma que es insertada en el puerto PCI del computador y reconocida como

hardware con su respectivo "driver".

El computador utilizado en este proyecto es de marca "DELL" configurado con puerto

PCI libre para la incorporación de la tarjeta Ethernet antes mencionada.

Para configurar la nueva estación "PC Recetas" se utiliza el configurador de

Estación " Station Configuration Editor" que es parte del software de la tarjeta CP

1613 "SIMATIC NET" para agregar todos los componentes de la estación.

La estación "PC Recetas" tiene dos componentes en el configurador de estación: un

traductor de lenguaje de PLC'S ai lenguaje de aplicaciones o interfaces gráficas,

llamado "OPC Server" y la tarjeta "CP 1613" que corresponde al medio físico por

donde ingresan y salen los datos a la red.

En el gráfico siguiente se presenta a los dos componentes de la estación, el estado

en modo "correcto" bajo la columna "Status", el estado en "Run" bajo la columna

"Run/Stop" y la verificación de buena conexión bajo la columna "conn".

55

dxroorertt j Dieyottlc» ¡

Slatbrt Seeetat JRÜÍCf""

; OPCSsmCPIB13

ílotioo narae ñ(\

M, „. ' ,

Mí.. \. 3.1 Configurador de estación "PC Recetas"

El enlace de la Interfaz "intouch" con los PLC'S se la realiza a través del utilitario

"I/O Servers" donde se configura a los denominados "Topics" en la ¡nterfaz, a través

de los cuales se va a establecer la comunicación. En este proyecto se enviará y

recibirá datos de receta al PLC Supervisor, el cual es configurado como elemento

¡nteractuante con la Interfaz en la opción "S7 Topic Definition" de los I/O Servers.

57 Topfc Definftfon ,

CP-Home: ¡CP1613[RFC1006]T]

VFD: ¡OPCSeiver ^

ConnscHon: ¡Enlac* S7_4 _£J

Updatelnletvat ¡1000

Enable access lo updale interval: Í"~

Read cooliguout 10: P

CycEcSeivfcBS

•BtockSecvicet-

InaWVabetTimeDUt ¡5K» ms

Update TimecxA Í5COO mt

•Poke mode

f~ Cootrtrimode

1™ Ttanikion mods

í*1 Fui oplimizalbn

r DisaHeAII

(~ EnaUe Alaitn»

í1" Enable Evenlt

FIG. 3.2 Configurador de Tópicos.

56

En la pantalla de los "I/O servers" se indican los PLC's configurados con estado

correcto bajo la columna "Status", el número de variables bajo la columna "ítems", el

número de errores bajo "Error" y el estado completo de la escritura bajo la columna

"Write Status".

; C:\0oc(jments and Settings\ca614usiAMis documentos\Recetas\..,

File Configure Data View Help

P|TopiC Status Rems ¡ Errors. j WriteStatus^j

RLTROMftCERADORSUPERVISOR

GOODGOODGOOD

31224

O completeO completeO complete

Ready INUH

FIG. 3.3 I/O Server

3,2 ADMINISTRADOR DE RECETAS "KECEIPE MANAGER"

El administrador de Recetas "Recipe Manager", es una página extendida como

interfaz de usuario que se usa para crear y mantener archivos temporales de

recetas.

Se denomina "Plantilla de Receta" al archivo en donde se crean Recetas que

interactúan con variables y unidades.

Las unidades "UNIT" son bloques de almacenamiento en donde, a través de una

variable definida como "tag" en el Intouch, envía o recibe datos de la receta.

El dimensionamiento de una Plantilla se lo hace en la opción "Preferentes" del

Recipe Manager donde se indican el número de ingredientes, unidades y recetas.

57

Preferenees

Máximum ítems: ][]£

Máximum Uníts: ]4

M axirnum R ecipes: ÍT^

Cancel

FIG. 3.4 Dimensionamiento de la Plantilla de Recetas

La plantilla de recetas es configurada en tres partes, definición de la plantilla,

definición de Recetas y definición de unidades.

En la definición de la plantilla se colocan los ingredientes de la receta bajo el

encabezado "ítem Ñame" y el tipo de dato en cada una bajo "ítem Type". En este

proyecto todos los datos de ingrediente son de tipo analógico.

58

^flec ¡pe .Marrara r - C:koe límenlo ,«*,Fíe E* OptkXW Wndow Help

Cantidad de Airoz

.É^TehiplateOcfinítiDn . . " . . , CÍE

eml

em2

em3

era 4

em5

™6

em7

«nS

ion 3

femlO

tem11

Iem12

em13

em!4

em15

eml6

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em18

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«n2G

em27

Iem29

em29

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em31

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tan 33

em3¿

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em36

em37

«n3a

em33

antal*mJ1

am42

em43

ítem Ñame

Cantidad de Arrol

Cantidad de Agua

Temperatura 1_Autoclave_BÜ( a

Tiempo Tender atura 1_Aulodave

Terrpeielua 2_ Autoclave tetpotoa

Tiempo_TerrpeiBtura 2_Autodave

Tempeíalua 3_Autodave_lubi a

Tiempo Tenxwatura 3_Autodave

terr(«atura 4_ Aulodavejeipoto a

Tíempo_Temper atura 4_AutocIave

TempetafuraS Autoclave BU a

Tion(xJ_Teir(ieialura S^utodave

Temperatura G_ Autocfavejetpoto a

Tierrpa.Tempeíatura 6_Autoclave

Cantidad de Mala Maferad»

Cantidad de Agua Baie.Macetador

Cantidad de Agua Remojo Maceíador

Cantidad de Agua Eniuague.Macaadci

Tenpeíatural Maceradoi lepotoa

Tieopo_Iert»ier atura 1_MaceiadoJ

Temperyura 2_Meceiado' B*ir a

Tiempo Temperatura 2_M aceradoi

Tefroeíatuí 3_Maceiaifcr_reipúia »

T»mpo_Tempei!>lu'a 3_Maeeiad»

Tempeíalüra 4 Macerado" ni» a

Iiamp«_Teriv>a(atua 4 Macerada

lenperaturaE Maceiado'jeipotD a

Tiempo Temperatura 5_Maceiador

Terrpaaliía 6_Maceiadt)"_nti« a

!«T(xj_Ternpe(atura G Macerada

Tmcaatura 7_Maceiado'_repoto a

TierT^JWeralura? Macerada

Temperatura B Macerador_»upir a

Tieiííio_Teírp«alua B_Maceradoi

Temperatura Recuperado' a

LupJo entiacto

LuputoPektt

Lúpulo Hopacom

Demided_paía de herví

Tenveralura_paJa de hervir

Agua Baie_F»io

Plímeta eyít_ftia

SecM>da agua.Fíro

llemType

Anatog

Analog

Anabg

Analog

Anatog

Anatog

Analog

Anatog

Analog

Analog

Anatog

Anabg

Analog

Anatog

Anabg

Analog

Anabg

Anabg

Analog

Anabg

Analog

Anatog

Analog

Anabg

Anabg

Analog

Analog

Anatog

Anabá

Anabg

Anabg

Anabg

Analog

Anabg

Analog

Analog

Anifog

Analog

Analog

Anatog

Analog

Anaiog

Anabg

0J£íu

< í >.= ,::

Ml&in l!WMl ^ ^ í3'áÍ!É

ÍRecpeHamet>»

' leml! I«n2i 1em3

)em4

1 lemS: lemG* Iem7

lemB' llemSi íemIO1 temlli ton 12

; teml3! l«nH! tem 15; taniei Ieml7i lamí 8i («ni 9

tem 20

tem 21

tem 22

j tem 23

I Iem24

! lem25

!em2E

1 tem 27

i ternífl

! len.29

> leraSQ

lew 31

tem 32

tem 33

tem 34

i tem 35

i Iem36

¡ Iem37

Iem38

! ¡amSS

í Iem40

• lem*1

i ten 42

ítem Ñame

Cantidad de Ano*

Cantidad de Agua

Temperatura 1_Autodave lubir a

Tíerroo Tenpcatua 1 Autoclave

Temperatura 2_Aulodsve_le<poio a

Tieroo Tenxieratua 2_Auloclave

Temper atina 3_ Autoclave niara

Tienxio Temperalna 3 Autoclave

Teirperatura 4 Autocfave reípoioa

Tiempo_Teirc«aiu!a 4 Autoclave

TemperaiuraS Autocfave lubia

Tiempo TemperaluraE Autoclave

T erreer atura 6_ Autoclave letpoioa

r-empo.Temfwratura G.Autoclave

CanlUad d« M4*s_Msc«ado.

CanliW de Agua Bate Maeeíadw

Csnlidid rfeAgua flennjo Mflcemdci

C*VMad deAgüa Erjuague Maesada

T«rf»iJua 1 Maceiad» repoto a

Tiendo Tempeíalural Maeefsdoi

Tempeíalura Í.Macwsdo' lubia

T iefroo...Terrpeiafijra 3_M ace(*ii«

Tendel atura 3_M»ceí»dotje«)OiO a

!lempo_Tetií*!aluia 3_M»Cei9ií¡''

Teiroetatua 4_Macendüí_tub« a

Tiempo lempeíatura 4_Mac«adoi

Teirpeíaluia 5 Maceíador ren»to a

Tb^xi Tenvc.3h.a5 M«e>ada

Tenpeíalua G Mace)**» tutíra

Tiefroo TefT(ieia<ura G Maceíada

Teinpeíalura? MKHHÍ» lepoioa

Tiempo Tempetalua? Maceíadoí

TeircH^cxse.MacHads tut¿a

Tiempo Terroefatura B Macerado

T empeíalura fiecupetadoia

Lúpulo exilada

Lúpulo Pelel!

Lúpulo Hopaiom

Dewkiad.pala de hervi

Ttmpeíatuajiala de heiyir

Agua Bate Ffcra

Prirneíaagua Fíio

llemType

Analog

Analog

Anabg

Analog

Anatog

Aratog

Anatog

Aiwlog

Anabg

Analog

Anjteg

Aiubg

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Anafog

Anafeg

Anabo

Analco

Anabá

Analoa

Anabg

Analog

AniJog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Anafag

Anatog

Anabá

Re-á|£

Pitenef l

20

40

g80

IX

20

40

EO

BO

100

20

40

EO

80

20

40

GO

80

100

20

40

GO

80

100

20

10

GO

80

100

20

40

GO

BO

100

20

40

60

80

100

20

40

60

^-^^^--^í.v^ - á'ers1

Uni fíame, >?>

leml

Ion 2

!«n3

Iern4

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tonG

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Iem8

IwnS

lemIO

lemll

Ieml2

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I«m14

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lemlB

Iem19

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tem 21

tem 22

tem 23

I(ffl24

tem 25

tem2S

tHn27

tem 28

(wn23

tem 30

tem 31

ferr.32

tem 33

tern34

tem 35

Iem36

tem 37

Iwi38

t«n33

Iem40

<«n41

Iem42

llemFJai»

CarKdaddeAnoi

CamidaddeADua

TenoeHíiía 1 Autoclave RÜa

Tiempo.TBiveiafura 1 Autoclave

Temperatua 2_ Autoclave leipoioa

TieTpo_Teir(ie!atufa 2_Autodave

Tempeíaluia 3_ Autodave_tubii a

Tienx» Tempeíatufa 3_Autodav8

lenocaaima 4 Ai/odaveje«x)to a

Tiempo Tempoa>ua 4_Autodave

Twr(>«a(ura 5 Autoclave tubia

T<empo_Tefli<>«a!uta 5_Autodave

Teiroeíatura G Autodavejetpoto a

Tiempo lemperadjra G^uJodave

Cantidad de Maka_Mace>adof

Canlidad de Agua B a»_Maceiador

Cantidad de Agua HemOfO^Maceadw

Cantidad de Agua Er uague^M aceíadoi

Tempeíalua l_Maceiadoi tepoioa

Tienpo Teiqxfatual Maceíador

Terreer atura 2_Maceradoi_tul« a

Tiertflo_TeiT(>eialuia 2_Maceiador

lempa atura 3 Macetadoi («poda

T'empo.Temperalua 3_Mace.ador

lenveíalura 4_Haceiadoi_tttii a

T-errco Temperatua 4_Maceiadoi

Twrpwalura 5 Msceíador leípoto a

Tiempo Tempelal^aS Macerado

TarperaturaG Macerador BU a

Tiempo TemperaiuaG Macetador

Tenpeí atura 7_Maceradoijepoto a

Tiempo.! entwatura 7_Macerad»

Tetrpetalura 9 Macerador BU a

Tiempo Tempe! atura 8_Maceiedot

Temperalua decuperadora

Lupufa errado

Lúpulo Pelel!

LupJa Hoparom

Demidad_paía de hervi

Teneetatuia_pala dt herví

AguaBau F«ro

Rinieía aguajíío

ItemType

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Anatog

Analog

Analog

Analog

Anabá

Analog

Anabg

Analog

Analwj

Analog

Analog

Analog

Analog

Analog

Anabg

Analog

Analog

Anabg

Anabg

Anabg

Analog

Anabg

Anabg

Analog

Analog

Anabg

Anabg

Anabg

Analog

Anatog

Anabg

Anabg

Anabg

Anabg

Analog

Analog

Unitl

Autoclave

InglAc

lng2Ac

IngaAc

lng4Ac

IngSlc

IngGij;

IngTAc

1ng8Ac

IngSS*

Ing104c

InglIAc

lng12Ac

IngISAc

Ing14Ac

*,

1

v

;<' --i > .;.|< - > • -

FIG. 3.5 Plantilla de Receta

La definición de recetas se la realizó en la ventana "Recipe Definition" en la que se

definen nombres de recetas para cada instancia de una receta y la cantidad

requerida para cada ingrediente usado en la misma. Estos valores pueden ser

modificados, creados y borrados en ejecución de la interfaz mediante funciones de

receta.

Las recetas incluidas en esta plantilla son: Pilsener, Pilsener Light, Dorada, Club,

Clausen y Pony Malta.

59

U Recipe Uanagci • C;ta>clmltinto.cív • [Recipe Ocflnti Ion]J Fte Eck Optiool Vrtndow Hdp

!

RtcpeName»»

lleml

Uem2

Iem3

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en 42

em«

01)4,4

Pllsenerl

Itera N*ne

C**d*fdeÁnoz

CarWaddeAoua

Terrpetatua l_ Aulocüvo_ni)i a

T«fnpo_Ien<waluia 1 .Autoclave

leroeraiiiia Z_ Aulodflve_ie»poio a

Tiero>o_Terrc«iatufa 2_Aiíoclave

Tenperatuia 3_Autoda*e_tubi a

TbiWLleirpeíaluiB 3>JJtoct»<e

Teneaalura *_ Ai/ockvejewwo a

rienpo_Tciipeialuia 4__Autod*Ye

fenpeí atina 5_Autodavo_njl«i a

Tiefnpo.IeT'eíatuia S^Auloílave

Tenpeatua 6_AUodsve_JBipo«j a

Tiempo_Ierr»)eia(ijia G_Auíoclave

Canfidad de Hala.MacBador

CanUdtd d) Agua B4n_Mses*do<

^rW*d ds Agua R»moio_Mseei»doi

IwiiatddeAouiEfiusgue.HiCíiadQi

I«rp«atu» l.MiCeií'ioijepoio a

IÍHnpci_reir(«iatun 1_Hac«ailc<

Ter()e(a(ija2_M»Cfi*lw_tLÍiia

Iien«)o_Twnpei4tura 2_Mac«sJc(

T eirpwaiuia 3_M sc«4íl"_ieipQ» a

Tiempo mipeíali" 3,Hacwada

lefrpnalua l_M*cei»doi_ui« a

TiwipCLTemfMMlua l_M»eB*cJor

r«7pa*«s5-MacB*J«j«poioa

T«JPH.r«r*'*islufa S_M»CH*i»

TerrpHaluia B.MaCHadiM.Bjb'' a

Tien<id_rBrti»alüia EJAecnada

lenpefalufa 7_Maeei«fc"J««« a

[innpn_I«r(«l9hia 7_Ma£eradcí

'orocfatua S_Mjtpi<i)f_HJti a

rienoo^Terroeíalua SJiacaaioi

'wroeíalua Becupendwa

.w>ío etóscto

LMxioPBkJi

,upJo Hetmán

Demkisijiaia de fiavi

Tarc«alua_pjia * h«vi

AQUÍ Baie Jfco

Pilmaa a0ua_Fltio

iegunda aguaJUro

Taeeia aguajiro

ItsmTw*

Analoo

Anateg

Analog

Anatog

Anatog

AriíJog

AruJog

AivJog

Andog

Amtoa

Andog

Andog

Analog

AiwJoí

A/KÍ00

Analofl

Anatog

Analog

Anaiog

Anabg

AivJog

AriAbg

AivJog

Anafcg

An¿°0

Anítoc

Anáog

AnaJog

Anáofl

Araioj

Anáog

Anííog

Analog

Afufog

AruJog

Anabg

Analog

ArwJog

Arabg

Anakw

Anatog

Anatea

Anatog

Anobg

Recipe 1

Fhenefl

10

20

30

40

60

EO

70

SO

30

100

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20

30

40

10

20

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SI

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EO

70

80

90

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fleápc3

Pheneiírtl

Recipe 4

Pltenefigfi<2

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100

0

0

0

0

0

0

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0

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Dotada 1

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10

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90

100

10

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BO

90

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Recipe?

Dauwnl

Recipe B

Q*jten2

10

20

30

40

50

BO

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90

100

10

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30

40

10

20

30

40

50

£0

70

80

X

100

10

20

30

40

EO

60

70

80

90

100

10

20

30

W

50

EO

70

80

90

103

R tepe 3

Oubl

0

1S

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Recipe 10

OA2

20

0

40

0

60

0

CO

60

0

D

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Recipe 11

Ptry

10

20

30

40

50

EO

70

80

90

ICO

10

20

30

40

10

20

30

«

50

BO

70

BO

90

IDO

10

20

30

40

50

EO

70

BO

90

100

10

20

30

JO

50

60

70

BO

30

100

HeW12

1i*

---

«

FIG. 3.6 Definición de Recetas

La definición de unidades es realizada en la ventana "Unit Definition", que sirve para

asociar "tagnames" o variables de interfaz con ingredientes de Recetas, Tres

definiciones han sido creadas: autoclave, macerador y filtro, a éstas se las denomina

unidades.

La unidad "autoclave" contiene los datos de ingredientes de la olla autoclave, la

unidad "macerador" contiene datos de ingredientes del tanque macerador y ¡a unidad

"filtro" contiene datos de ingredientes del tanque de filtro, paila recuperadora y paila

de hervir.

60

Pf Recipe' MaiMEer • (Mcoeimtenlo.csv-- [Unil Definí t ¡o nj

Ui* Manco»

temíteaí1em3

tan iten>5

lemGteai7ItmStea 3

UmlDUn 11Hem12

llera 13Heñí 4Usra15llera 16lien 17HenlSllera 19Hera 20llera 21KM 22

He» 23

lien 24H«,S

lien»ítem 27Uem28llora 29Itm»

llera 31[lera 32Uva 33

llamH

Ilem35!lwn3Glien 37ítem 38ítem 39

llentóllmtl

11-™ *2

H«nOlien U

llemNarr*

Cantidad dtAnoi

CartidaddíADU*Tempaalura 1. AJ«lavt_o¿¿r a

T*npo_T«ro«a<i« lj«íocl»v«T[tr<*i*iira2_ALlad4vejetpoioa

T<coipo_reeipe(MU4 2jVlod*'eterrpHa>ua3 Aulodeve ubisT «n».I«np«M» ajiUccUr.»

lempeíaíun í_ Auloclave_rBpoio a7«iCO_Inrp«»iíj 4_íW«lTvf

Taitxnatura 5. AOoclarí.Btí aT«ffoo_T«iiipo>'ii* 5_AuiodíTeños Mía E_ Aul(icUve_ietc>aio i

lietifO IwXKtsliia SJaJixIneCrt-itd d* MíkaJjKtiwloiCjrlldíd de Agua Bote_Mscei*dciCerüdtd de Aff » R emw>_M aeef «taCariidid de Aya Er*j*¿ja_Uxaa4yTentieíatua l_HstB«fci(Jepoio a

!«m»_renoeiB'in 1_M«M!idoiTeiroetatua 2_Hace"oda_ní)i a

TB™>_rem)ef alna 2_HacwsiJo'Temwalua 3_Mece'*fci Jeito» aTBi*«>_Tefn«!3lua 3J^ uceado"I«f»«Ua J,M*«*Íj_=Jii a

TMca.TtrrcFiaK.a Macwsi-Tti H*ua 5_M««»ilJTOC» a .

Tleirpo_Ieir(wetin 5_Maceisd»Ien*ieia'iiaE_M*cenda_tiüaI«ffpo_Tempe(aiiía 6_M*cei*doíTtmpw stu a 7_M »cn»dc(_reCpOio aTwiríXLlwre'eíaiiM 7_MacsiadoiTender aluí 8_M«w«kj_RÍi a

T«rOP_T«npeii<u> B,MKB*J«Tempeíalu a fi ecLCítida J

JtxJo enliocloLmJoPc*di

.Mxfe HopaiomJcmüad_p»Ls dt herví

Temca alurajiali di hífviAdUíBaaJ»»Pmwd^H.ntiaSesund*»ji«_FÉro

T"«"V"-«.a

llera Tw«

AnalogArvJogAreJog

AnalogAneJogAnabflAnafog

AnaíogAraiog

AmfogAnJogAinfog¿AabgAr¿ogAoatog

ArvJoaAoelogAnalogAnabgAívJoí

Anabg¿nalogAnalggArWogAnJogAnal.jA^Jog

AnalogAndogAnalogAnalogArdogAnatog

An*>gAnalogArvfegAnatogAn^og

AiwlogAraiogArtíog

AnJogAiv^ooAnafe,

UnidAtloclsve

InglAc

lou2AcIrflSAcIng44c

fng5\IngSftcIng76cngtWe

n9 cnglWcngITAe

ngIZAclng!3Acní\Vv;

UnJ2MaceíAdo

InglH

!(X¿MIngJMInoJMng6M

IroGM

IrnjTMnaBH

no*)

TOlOM

mllMna1?Mng1><ngUM

InglSMIng^CM

IngWMInglBM

InglSMlng2M

Ur43

Ffco

nglFng2Fno3FnalF

no5FngEF

na7Foa^ng=F

r-slW

Urí4-E

*

FIG. 3.7 Definición de unidades.

Mediante las funciones de Receta se ha diseñado tres pantallas en las que se

ingresan los datos de recetas. A las pantallas de Recetas se accede desde la

pantalla de "Bienvenida" y en el menú Inferior de la Interfaz.

La primera pantalla de Receta contiene los datos de ingredientes de la olla autoclave,

los cuales pueden ser modificados presionando en cada valor.

En todas las pantallas de receta se visualiza, en un pequeño cuadro, el nombre del

operador y el número de proceso que está realizando; y en la parte superior se indica

la receta que se está utilizando.

61

Para navegar entre las recetas se presiona los botones "Anterior" y "Siguiente". En el

caso de visualizar valores antes guardados se indica la receta y luego se debe

presionar eí botón "Cargar".

Luego de haber colocado las cantidades de ingredientes, se llevan los datos hacia el

PLO Supervisor presionando "guardar", con lo cual se lleva estos datos a los PLC'S:

Macerador y Filtro para los controles respectivos y se almacenan en la plantilla de

receta.

Autoclave 1 Maceraoor

. AUTOCLAVE

Cantidad de Arroz:Cantidad de Agua:Temperatura 1_subira;Tiempo Temperatura 1:Temperatura 2_reposo a:Tiempo Temperatura 2:Temperatura 3_subir a:Tiempo Temperatura 3:

ipo leroperatura^:. peratur35_subira:

Tiempo Temperatura 5:

anterior Cargar j : Siguiente Guardar ¡ \

FIG. 3.8 Primera Pantalla de Recetas.

Para la navegación de recetas se utilizan los botones "Adelante" o "Atrás" y desde la

primera pantalla de receta se puede retroceder hacia la pantalla de "Bienvenida".

La segunda pantalla contiene los datos de ingredientes que forman parte del tanque

macerador.

62

Cant de Malta:Cant.de Agua Base:Cant. de Agua RemojaCant. de Agua Enjuague:Temperatura 1 reposo a:Tiempo Temperatura 1:Temperatura 2 subir a:Tiempo Temperatura 2:

i lempo temperaturas:Temperatura4 subirá:Tiempo Temperatura 4:Temperaturas reposo¿Tiempo Temperatura 5:Temperatura 6_subir a:Tiempo Temperatura 6:

ipo I emperatüra /.Temperatura 8_subir a:Tiempo Temperatura 8:

FIG. 3.9 Segunda pantalla de Recetas

La tercera pantalla contiene ios datos de ingredientes que contienen el filtro, paila

recuperadora y paila de hervir.

HOMBRE DE OPERADOR:

HUMERO OE PROCESO;

RECETA: Pilsener 1

PAILA RECUPERADORA

Temperatura;PAILA DE.HERVfR

Lúpulo Extracto:Lúpulo Peüets:Lúpulo Hoparom:Densidad:Temperatura:

FILTROAgua Base:Enjuage 1:Enjuage 2:Enjuage 3:

FIG. 3.10 Tercera pantalla de Recetas

63

3.3 SECUENCIA DEL PROCESO INDUSTRIAL Y NAVEGACIÓN

El proceso de cocimiento sigue ciertas secuencias de operación y supervisión; en las

que coordinadamente el operador, con el desarrollo del proceso en ejecución realiza

las acciones de control.

Para realizar las acciones de control en el proceso, el operador requiere de una

facilidad y rápido acceso a los subprocesos a través de la ¡nterfaz.

Las secuencias que el operador sigue en la Interfaz mediante mensajes para el

control y supervisión del sistema, se presentan en los siguientes flujogramas:

64

3.3.1 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA OLLA AUTOCLAVE

FIG. 3.11 Flujograma - olla Autoclave

3.3.2 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE MACERADOR

65

Abrir compuerta para paso de tolva dfmalta a triturador

Trituración de malta

Enjuague de macerador

Cerrar compuerta para paso de tolva imalta a triturador

FIG. 3.12 Flujograma- Tanque Macerador

66

33.3 SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL TANQUE DE FILTRO

Arranque deFiltro

Avilo da Mawtadof Rito

Bombear todo el contenidodel macerador hasta e[ filtro

\ 1•

Recircular

\• - 1 SI /\, ReanudcTfíltración

Bombeo a tanqueRecuperador por un t

\o el afrecho a la

tolva -compuerta open -agitadores on por I

cierrovalvula de salida ycomprueba válvula de

desagüe eerrada.

lavo placas de retención deafrecho y las remojo

(parte inferior)

agua base para nuevoproceso

FIG. 3.13 Flujograma- tanque Filtro

67

3.3.4 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA RECUPERADORA

Arranque PailaRecuperadora.

siBombear hacia paila

de hervir por undeterminad tiempo

\.,.

\a recuperadora

libre

FIG. 3.14 Flujograma - Paila Recuperadora

68

3.3.5 SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LA PAILA DE HERVIR

si

\o Whirpool

V '"'•- •'- \a de hervir libre

FIG. 3.15 Flujograma- Paila de Hervir.

69

3.4 DISEÑO DE PANTALLAS DEL PROCESO

Las pantallas del proceso están diseñadas en Intouch 9.0, con licencia de full

desarrollo "fulI development" y 3000 tags disponibles.

Para la configuración de botones se ha utilizado programación y las nuevas

funciones que esta última versión facilita.

3.4.1 PANTALLA PRINCIPAL DE ACCESO

Esta pantalla está configurada para desplegarse inicialmente al encender el

computador. En está el usuario deberá ingresar el nombre y clave para que el

sistema designe un determinado nivel de acceso y pueda ingresar al sistema,

de forma total para el administrador y de forma restringida para otros usuarios.

Para continuar con la pantalla siguiente, una vez validado el usuario, se debe

presionar el botón "ingresar".

FIG. 3.16 Pantalla de Acceso

70

La pantalla posterior al pulsar "Ingresar" es la de "Pantalla de Bienvenida", en

la que se encuentran dos opciones: la configuración de recetas y la

supervisión y monitoreo del sistema.

FIG. 3.17 Pantalla de Bienvenida

El encabezado contiene los accesos a las pantallas de los cinco tanques del

proceso de cocimiento, el tipo de usuario, la fecha y la hora.

1 Recuperadora J i Hervir

FIG. 3.18 Encabezado

E! menú Inferior tiene las siguientes opciones:

• Ir a, sigue a pantallas de uso regular

• Acceso, retorna a pantalla de Acceso

• Red, Vista de la Red Ethernet

• Recetas, configuración de recetas

• Alarmas, visualización de alarmas del sistema.

• Salir, cerrar el sistema.

71

FIG. 3.19 Menú Inferior

En la opción "Ir a" del menú Inferior, se presentan las seis pantallas siguientes,

que el usuario las utilizará regularmente.

FIG. 3.20 Opción "Ir A"

Al visualizar la pantalla del funcionamiento de la Red Ethernet se monitorea el

envío y la recepción de datos por parte de los PLC's en tiempo real.

FIG. 3.21 Pantalla "Red Ethernet"

72

En el monitoreo de la Sala de Cocimiento se visualiza la dirección en que fluye

el líquido de la cerveza y las temperaturas en cada olla.

FIG. 3.22 Vista Superior de la Sala de Cocimiento

3.4.2 PANTALLA DE OLLA AUTOCLAVE

La pantalla de autoclave presenta las acciones que se están ejecutando y a la

vez monitorea la temperatura en la olla.

FIG. 3.23 Pantalla de autoclave

73

Al presionar el gráfico denominado "tablero", se despliega una pantalla donde

se encuentran todos los botones que pueden operar al autoclave de forma

remota.

f~ ACCMO \d

FIG. 3.24 Tablero de autoclave

Seleccionando la opción "Ir a Temperatura Autoclave", se visualiza el registro

de temperatura en la olla, teniendo la opción de ampliar o reducir la escala

con las herramientas en la parte superior de la gráfica.

Desde esta pantalla se puede arrancar el control automático de temperatura

presionando los botones respectivos.

La luz ubicada junto al botón de arranque de temperatura tiene tres

visualizaciones, según el estado en que se encuentra el control de

temperatura:

Gris, control de temperatura sin ejecutar.

Rojo, control de temperatura finalizando

Verde, control de temperatura en ejecución.

74

FIG. 3.25 Registro de Temperatura en el autoclave

3.4.3 PANTALLA DEL TANQUE MACERADOR

La pantalla del macerador presenta las acciones que se están ejecutando y a

la vez monitorea la temperatura en el tanque.

FIG. 3.26 Pantalla del Macerador

75

Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente

pantalla;

diñen» | ¡} HatnttJ

FIG. 3.27 Tablero del Macerador

Seleccionando la opción "Ir a Temperatura del Macerador", se presenta la

gráfica donde se registra la temperatura en el tanque macerador y en la

mezcladora de agua (figura 3.28):

FIG. 3.28 Registro de Temperatura en el macerador

76

3.4.4 PANTALLA DEL TANQUE DE FILTRO

La pantalla del filtro presenta las acciones que se están ejecutando y a la vez

monitorea la temperatura en el filtro.

FIG. 3.29 Pantalla de! filtro

Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente

pantalla:

FIG. 3.30 Tablero del filtro

77

Seleccionando la opción "Ir a Temperatura del Filtro" se presenta la gráfica

donde se registra la temperatura en el tanque filtro.

|T Kictuí J

FIG. 3.31 Registro de Temperatura en el filtro

3.4.5 PANTALLA DE LA PAILA RECUPERADORA

La pantalla de la paila recuperadora presenta las acciones que se están

ejecutando y a la vez monitorea la temperatura en la paila.

FIG. 3.32 Pantalla de la Paila Recuperadora

Al presionar sobre el gráfico denominado "tablero" se presenta la siguiente

pantalla:

FIG. 3.33 Tablero de la paila recuperadora

Seleccionando la opción "Ir a Temperatura de la Paila Recuperadora" se

presenta la gráfica donde se registra la temperatura en la paila.

FIG. 3.34 Registro de Temperatura en la paila recuperadora

79

3.4.6 PANTALLA DE LA PAILA DE HERVIR

La pantalla de la paila de hervir presenta las acciones que se están ejecutando

y a la vez monitorea la temperatura en la paila.

FIG. 3.35 Pantalla de la Paila de Hervir

Al presionar sobre el tanque de recirculación se presenta la siguiente pantalla:

FIG. 3.36 Tablero de la paila de hervir

80

Seleccionando la opción "Ir a Temperatura de la Paila de Hervir", se presenta

la gráfica, donde se registra la temperatura en la paila.

F1G. 3.37 Registro de Temperatura en la paila de hervir

Seleccionando la opción "Ir a Densidad de la Paila Recuperadora", se

presenta la gráfica, donde se registra la densidad de líquido que contiene la

paila:

FIG. 3.38 Registro de densidad en la paila de hervir

3.4.7 PANTALLAS DE TENDENCIAS Y ALARMAS

La pantalla de Tendencias es accedida desde el menú inferior, desde donde

se puede acceder de forma directa a cada curva de registros de temperatura

y densidad en los diferentes tanques.

FIG. 3.39 Selección de Registros o Tendencias.

La pantalla de alarmas presenta todos los valores críticos que las variables del

sistema han alcanzado.

FIG. 3.40 Alarmas del Sistema

82

CAPITULO 4

INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA

4.1 INSTALACIÓN DEL TABLERO

El tablero fue diseñado e instalado siguiendo las normas para el montaje y puesta en

marcha de ios controladores lógicos programables (PLC's) y a su vez bajo las

normas de calidad e higiene a las que debe regirse la Cervecería Andina, puesto

que, al ser una empresa de alimentos requiere de una minuciosa selección en los

materiales a utilizarse, y para esto ios componentes del tablero, tales como puertas,

doble fondo y armazón son de acero inoxidable.

El doble fondo desmontable del tablero está repartido en tres áreas con sus

respectivos rieles. En el área superior se encuentra ei PLC Supervisor con fuente y

módulo de comunicaciones Ethernet CP 343 IT, el área intermedio contiene dos

ELM'S que son parte del arreglo de red y en el área inferior se colocan borneras y

protecciones eléctricas.

TABLERO PLC SUPERVISOR

76.5

92.5

96.5

FIG. 4.1 Tablero PLC Supervisor

83

4.2 DISTRIBUCIÓN E INSTALACIÓN DE CABLES EN LA SALA DE

COCIMIENTO

Previo a la distribución de cables se realizó el levantamiento del área, a fin de lograr

caminos más cortos, defácii acceso e instalación.

Se instalaron tres tipos de cables: Belden 8720 para alimentación eléctrica en

flujómetros, Belden 9964 para señales de pulsos y corriente en flujómetros y Belden

9966 para señales de salida en transmisores.

SIMBDLDGÍA

TRANSMISOR DE TEMPERATURA

. TRANSMISOR DE DENSIDAD

TRANSMISOR DE FLUJD

VÁLVULA DE VAPOR

FIG. 4.2 Distinción decables de la sala deCocimiento.

Cable de 2 hilos "tipo BELDEN

Cable de 4 hilos tipo BELDEN

Cable gemelo tipo BELDEN 87Í

84

4.3 CONEXIONES

4.3.1 CONEXIÓN DEL PLC SUPERVISOR Y SUS COMPONENTESEl PLC - Supervisor está constituido en tres componentes: fuente, Cpu y

tarjeta de Red CP.

La tarjeta CP y la CPU están ¡nterconectados con un bus en la parte posterior

de cada módulo y son energizadas mediante la fuente de 24VDC, tal como se

indica en la figura 4.3. Los cables de alimentación eléctrica para la fuente son

AWG#14.

FUENTE CPU 314 CP 343-1 IT

Z4 V 10 A

;0

FIG. 4.3 Conexiones eléctricas PLC- Supervisor.

4.3.2 CONEXIÓN DE LA RED ETHERNETLa red ethernet instalada en este proyecto, utiliza tres tipos de elementos de

interconexión: cable DB9-DB9, cable DB9-DB15 y módulos de red ELM.

El cable DB9 — DB9 es de tamaño corto de 1 a 2 metros y es usado para

extender la red mediante los módulos de red. Los conectores de este cable

son tipo macho y de carcaza metálica y hermética.

85

D B 9 M A C H O

D B 9 M A C H O

FIG. 4.3 Cable Ethernet DB9-DB9.

Los cables DB9 - DB15 con conectores metálicos tipo macho son usados

para llevar la señal desde el arreglo de red hasta el PLC o PC respectivo, a

distancias de 10 y 40 mts.

D B 9 M A C H O D B I 5 M A C H O

FIG. 4.4 Cable Ethernet DB9-DB15.

El módulo eléctrico de red ELM, está constituido por tres puertos, un puerto de

salida y dos puertos de entrada. El puerto de salida sirve para extender la red

hacia otros módulos.

FIG. 4.5 Módulo eléctrico de Red (ELM).

86

La red industrial ethernet está constituida por cuatro módulos de red

extendidos con tres cables DB9-DB9, que ¡nterconectan las dos computadoras

y los cuatro PLC'S mediante cables DB9- DB15.

CABIE IIP 1O. INDUSTRIAL

Computador Silos

CABLE n? 2a iNousnuM. ETHERMCT

CÁKE OT 2*2 INDUSTRIAL ETHÉHHEr

Computador Recetas

PLC Rüro

PLC Macerador

FIG. 4.6 Configuración de la red Ethernet de la sala de

Cocimiento

4.3.3 CONEXIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓNLas conexiones de los instrumentos de campo han sido realizadas siguiendo

las recomendaciones de los manuales de los fabricantes.

4.3.3.1 Transmisores De Temperatura Endress + Hauser

Estos transmisores de temperatura están instalados en la olla de

autoclave, en el macerador, paila de hervir, filtro y paila recuperadora.

Los transmisores de temperatura han sido colocados en la parte

superior de los RTD's, conectando los tres terminales en los bornes 3, 5

y 6, según indica la figura 4.7.

La señal de salida es obtenida desde los bornes 1 y 2.

87

El punto TTX- es polarizado con una fuente de 24 Voltios DC y la

corriente normalizada, de 4 a 20 mA, se la extrae del punto TTX+.

T T X

FIG. 4.7 Conexión del transmisor de temperatura Endress+ Hauser.

El transmisor de temperatura TT1 está conectado en la parte inferior de

la olla autoclave, el cual es polarizado por una fuente de 24 VDC

conectada en TT1+, tal como se indica en la figura 4.8, la corriente que

sale de TT1- es llevada hacia el controlador 1- ABB (cuya función es

solamente de indicador) y finalmente se toma la señal de salida del

controlador 1 hacia la entrada analógica del PLC Macerador "PEW

352", con lo cual se cierra el lazo de corriente uniendo las referencias

de la fuente y del PLC.

124-21,-

A Entrada 1 módulo Analógico PLC-Maceradar

PEW352A

FIG. 4.8 Conexión del transmisor de temperatura en la olla autoclave.

El transmisor de temperatura TT2 está ubicado en la parte inferior del

tanque macerador, el cual es polarizado por una fuente externa de

24VDC conectada a "TT2 -", la señal de salida del transmisor es

llevada hacia el controlador 2 (que cumple funciones de indicador)

mediante TT2+", posteriormente la señal de salida del controlador2 es

conectada al PLC Macerador en la entrada "PEW 354" con lo cual se

cierra el lazo de corriente uniendo las referencias de la fuente y del

PLC, como se indica en la figura No. 4.9.

RTD

PROCESO

MACERADOR

TT2 -24 .

, + 24 T

*\TT2-

* ¡ \+

* PEW354A

* corn

A Entrada 2 móduloAnalógicoPLC-Macerador

i

A Entrada Analógicocontrolador 2 ABB

FIG. 4.9 Conexión del transmisor de temperatura en el

Tanque macerador

El transmisor de temperatura TT3 está ubicado en la parte superior de

la tubería de salida de ia mezcladora de agua, el cual es polarizado por

una fuente externa de 24VDC conectada a "TT3 -", la señal de salida

del transmisor es llevada hacia el controlador 2 mediante "TT3+",

posteriormente la señal de salida del controlador2 es conectada al PLC

Macerador en la entrada "PEW 356" con lo cual se cierra el lazo de

corriente uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se

indica en la figura 4.10.

RTDMEZCLA

AGUA

TT3

TT3-

A PEW356Acom

A entrada 3 móduloAnalógicoPLC-Macerador

A entrada AnalógicaConsolador 2 - ABB

FIG. 4.10 Conexión del transmisor de temperatura en la

Mezcladora de agua

El transmisor de temperatura TT4 está ubicado en la parte posterior del

tanque filtro, ei cual es polarizado por una fuente externa de 24VDC

conectada a "TT4 —", la señal de salida del transmisor es llevada hacia

el indicador 1 Honeywell mediante "TT4+", posteriormente la señal de

salida del indicadorl es conectada al PLC Filtro en la entrada "PEW

128" con lo cual se cierra el lazo de corriente uniendo las referencias de

la fuente y del PLC, como se indica en la figura No. 4.11.

24V+*124-

TT4

H4V-»-

PEW128A Entrada 1 nodulocotn Analógico PLC-Filtro

FIG. 4.11 Conexión del transmisor de temperatura en el Tanque de filtro

90

El transmisor de temperatura TT5 está ubicado en la parte inferior del la

paila recuperadora, el cual es polarizado por una fuente externa de

24VDC conectada a "TT5 -", la señal de salida del transmisor es

llevada hacia el indicador 2 - Honeywell mediante "TT5+",

posteriormente la señal de salida del indicador 2 es conectada el PLC

Filtro en e! terminal "PEW 130" con lo cual se cierra el lazo de corriente

uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se indica en la

figura No. 4.12.

24V+*124-

TT5

~\A En-trnda 2 módulocon Analógico PLC-Filtro

E4V-w-

FIG. 4.12 Conexión dei transmisor de temperatura en la

Paila recuperadora

El transmisor de temperatura TT6 está ubicado en la parte inferior de la

paila de hervir, el cual es polarizado por una fuente externa de 24VDC

conectada a "TT6 -", la señal de salida del transmisor es llevada hacia

el controlador 4 (que cumple tareas de indicador) mediante TT6+",

posteriormente la señal de salida del controlador4 es conectada al PLC

Filtro en el la entrada "PEW 132", con lo cual se cierra el lazo de

corriente uniendo las referencias de la fuente y del PLC, como se

indica en la figura No. 4.13

91

L_f.LJ

Entrada Analógicocontrolador 4

124+24V+«

24V-»-124-

TT6

»PEV132A A Entrada 3 nodulolrn_ Analógico PLC-Filtro

FIG. 4.13 Conexión del transmisor de temperatura en la

Paila de hervir

4.3.3.2 Flujómetros Endress Hauser

El flujómetro Endress Hauser modelo Promag 10W tiene dos tipos de

salidas: corriente normalizada de 4 a 20mA y pulsos de voltaje. En

este proyecto han sido utilizadas las salidas de pulsos en todos los

flujómetros, las cuales son de tipo colector abierto y se encuentran en

los terminales 24 y 25 tal como ilustra la figura 4.14. El terminal 24 es

conectado a 24VDC y el terminal 25 se conecta a la bobina de un relé el

mismo que es excitado cada vez que se le envíe un pulso de voltaje. El

relé tiene contactos asociados de los cuales, dos normalmente abiertos

son utilizados, uno para llevar la señal hacia los contadores y e! otro

para enviar la señal hacia una entrada del PLC.

El flujómetro de agua del autoclave "FT4" lleva su señal a la entrada

E124.3 del PLC Macerador mediante el relé C4, el flujómetro de agua

del macerador lleva su señal a la entrada E124.2 del PLC Macerador

mediante el relé C3, el flujómetro de agua para enjuague de la tolva de

92

malta, lleva su señal a la entrada E124.1 del PLC Macerador mediante

el relé C2 y finalmente, el flujómetro de agua para remojo de malta

lleva su señal a la entrada E124.0 del PLC Macerador mediante el relé

C1.

-24V

El 24.0

FIG. 4.14 Conexión del Flujómetro Endress Hauser

4.3.3.3 Flujómetro Kobold

El flujómetro Kobold tiene una salida de pulsos y se ha escogido la

configuración NPN, como se indica en la FIG. 4.15. La carga que se

presenta en el gráfico simboliza la bobina de un relé.

TT+V

carga

-V

FIG. 4.15 Diagrama de Conexión PNP del Flujómetro Kobold

El flujómetro del agua del filtro "FT5" es alimentado con 24VDC en el

terminal 2 , mediante ia configuración NPN se conecta el terminal 3 a la

bobina del relé y el terminal 4 es conectado a la referencia de la fuente

de 24VDC.

93

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+24V2

C1

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E15.0PLC Filtro

TRANSMISOR FLUJO

INGRESO AGUA

FIG. 4.16 Conexión del Flujómetro Kobold.

4.3.3.4 Transmisor de Densidad Antón Paar

El transmisor de densidad está conformado por un módulo procesador

"mPDS 1000" el cual tiene dos salidas análogas configurables. Para

este proyecto se ha utilizado la salida 2 previamente configurada, la

cual se conecta directamente desde e! terminal "DT1+" hacia la entrada

"PEW134" del PLC Filtro y se cierra el lazo de corriente conectando el

terminal "DT1-" hacia la referencia del PLC.

DT1 +PEW134A

DT1_ 4-20 nA

• con

FIG. 4.17 Conexión del Densitómetro Antón Paar.

94

4.3.3.5 Transmisor de Presión ABB

El transmisor "TT1" realiza funciones de seguridad en la entrada de

vapor para la sección de autoclave.

El transmisor de presión tiene una salida de 4 a 20mA, conectada el

terminal positivo "+" a 24 Vdc y el terminal "-" lleva la señal hacia el

controlador 1» ABB, como indica la Fig. 4.18. Posterior a la conexión del

controladorl se lleva la señal hacia la entrada "PEW358" del PLC

Macerador y se cierra el lazo de corriente con la conexión de la

referencia de la fuente y la del PLC.

124-24V-

24V-

com A Entrada 4 móduloPEW358A Analógico

PLC Macerador

0-100 PSI

4-20 mA

A Enlrada análoga dsconfrolador 1 ABB

FIG. 4.18 Conexión del Transmisor de presión ABB

4.3.4 CONEXIÓN DE LOS CONTROLADOKES

4.3.4.1 Controlador ABB

El controlador 1 o del autoclave tiene dos canales, el canal 1 que recibe

la señal del transmisor de presión "PT1" conectada al terminal "4+". Del

Terminal "3" se lleva la señal hacia el PLC.

95

En el canal 2 terminal "4+" está conectada la señal del transmisor de

temperatura del autoclave TTV del Terminal "3-"sale la señal hacia el

PLC del Filtro.

El controladorl trabaja en el modo manual cuando la bobina del relé

"C10" no está excitada.

La señal de salida del controlador 1 (terminales "1+" y "2-"), es llevada

hacia los contactos normalmente cerrados del relé C10 como ilustra la

fig. 4.19, que permite el paso de la señal de control hacia el transductor

I/P de la válvula autoclave "V3".

En modo automático, se energiza el la señal del PLC que está

conectada en los contactos normalmente abiertos actúa cerrando los

mismo y llevando la señal de control al transductor de la válvula "V3"

mediante la salida "PAW352".

FIG. 4.19 Conexión del Controlador 1 - ABB

96

El Controlador 2 o del macerador tiene dos canales, en el canal 1 está

conectada la señal de temperatura de la mezcladora y en el canal 2 la

señal de temperatura del tanque macerador, tal como indica la Fig.

4.20.

El controlador 2 tiene dos salidas digitales (terminales "1" y "2"),

conectadas a los contactos normalmente cerrados en el relé C11.

En los contactos normalmente abiertos están conectadas las salidas del

PLC Macerador "A21.0" y "A21.1".

La bobina del relé C11 es comandada por el PLC Macerador y los

contactos activan o desactivan dos contactores que manejan el cierre y

apertura de la válvula mezcladora de agua "V31".

AI igual que el caso anterior, el contacto de la válvula mezcladora de

agua "V31" se realiza desde el controlador ABB o desde el PLC

Macerador, según el estado del relé C11.

ABB KENT TAYLOR 1900

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FIG. 4.20 Conexión del Controlador 2 - ABB

97

4.3.4.2 Controlador Honeywell

El controlador 3 o de la paila recuperadora tiene 2 canales, el primer

canal se conecta el transmisor de presión de la sección de hervido y en

el canal 2 se conecta el transmisor de temperatura del agua del tanque

de filtro.

La salida del controlador 3 (terminales "+" y "-") va hacia los contactos

normalmente cerrados del relé "C1".

Las señal analógica del PLC filtro "PAW128" está conectada en los

contactos normalmente abiertos del relé.

La bobina del relé "C1" es comandada por el PLC Filtro y las salidas de

los contactos manejan la válvula de vapor "V26".

FIG. 4.21 Conexión del Controlador 3 - Honeywell

El controlador 4 o de la paila de hervir tiene 2 canales, al primer canal

donde se conecta el transmisor de temperatura del cocedor de la paila

de hervir y al canal 2 donde se conecta el RTD de la misma paila.

La salida del controlador 3 (terminales "+" y "-") va hacia los contactos

normalmente cerrados del relé "C2".

Las señal analógica del PLC filtro "PAW130" está conectada en los

contactos normalmente abiertos del relé.

98

La bobina del relé "C2" es comandada por el PLC Futro y sus contactos

manejan la válvula de vapor "V11".

HDNEYVELL DR 4300Controlo Sor i

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FIG. 4,22 Conexión del Controlador 4 - Honeywell

4.3.5 CONEXIÓN DE LOS CONTADORES

Los contadores Durant son energizados con 110 V, tienen una entrada de

conteo y una saiida que indica la finalización del conteo mediante el cierre de

un contacto.

La señal de pulso es conectada al terminal "1" y en el "8" se conecta la

referencia.

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FIG. 4.23 Conexión de Contadores Durant en el

Autoclave y Macerador

El contacto de aviso de fin de conteo se cierra y la señal se conecta a las

entradas digitales del PLC a través del Terminal 14.

FIG. 4.24 Conexión de Contadores Durant en el Filtro

100

4.3.6 CONEXIÓN DEL COMPUTADOR ADMINISTRADOR DE RECETAS

El computador Administrador de Recetas es enlazado a la red mediante la

conexión de la tarjeta Ethernet incorporada en un slot de tipo PCI.

La tarjeta de Red tiene dos puertos de comunicación, de los cuales se ha

utilizado el de 15 pines para conectar el cable que viene del arreglo de Red.

A través del puerto ethernet, propio del computador, se conecta a un punto de

la red administrativa de alto nivel.

CABLE ITP 2x2 INDUSTRIAL ETHERÍÍETj

REO ETHERÍIET

PATO! COROConedor-RHS

COMUNICACIÓN TCP/!P TARJETA DE RED 10/ÍDO Mbps

R e-1= e--t o. s

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PATCH COROCooector-RJ-15

DPATCH CORDConectór-fU-tS

FIG. 4.25 Conexión del Computador Recetas

4.4 ENERGIZACION DEL SISTEMA

El sistema de control y supervisión para este proyecto, es energizado mediante

alimentación eléctrica de corriente alterna de 110 Voltios, 60 Hz; y voltaje de

corriente directa de 24 V, utilizando disyuntores para la protección de

sobrecorrientes.

101

Los computadores PC Silos y PC Recetas son alimentados desde una UPS (fuente

de energía ininterrumpida), por lo cual en una desconexión eléctrica se tiene el

respaldo de 15 minutos de energía, para que el usuario cierre las aplicaciones y

apague los computadores.

102

CAPITULO 5

5.1 CONCLUSIONES

• Mediante este proyecto, se ha logrado mejorar sustancialmente la

automatización y supervisión de los cuatro procesos que forman parte del

cocimiento de la cerveza: cocción de adjuntos, maceración, filtrado y hervido.

Para este efecto, en el sistema de control existente fueron impiementados e

incorporados controles de temperatura, volumen de agua y densidad de

material dentro del proceso de cocimiento, un sistema administrador de

recetas y una estación central de supervisión y monitoreo.

• A través del sistema administrador de recetas se ha logrado que el usuario

configure las recetas a ejecutarse, desde la interfaz o desde la red

administrativa, al estar compartida la plantilla de recetas en la red, los usuarios

de alto acceso, como especialistas en el diseño de productos, pueden

manipular las recetas en su totalidad, que implica cambiar nombres de

recetas, aumentar recetas y variar datos de ingredientes. Los usuarios de

medio acceso o supervisores del sistema están limitados a cambiar solamente

las cantidades de ingredientes.

• La comunicación de datos desde el PLC supervisor hasta los demás PLC'S ha

facilitado el control, supervisión y monitoreo de las variables del proceso para

los ingenieros y personal técnico.

El control de temperatura en la olla autoclave y tanque macerador, ha

permitido a los operadores a los operadores manipular las rampas y reposos

que el mosto necesita en distintas etapas para la generación de enzimas y

proteínas que intervienen químicamente en el sabor y calidad de la cerveza.

103

En el caso de la mezcladora de agua, la temperatura del agua que ingresa a

los tanques, es ajustando por parte del operador. Mediante el control de

temperatura en la paila de hervir, el supervisor puede acelerar o desacelerar el

hervido del mosto.

Mediante el control de volumen de agua incorporado en los tanques de

autoclave, macerador y filtro, el usuario puede entregar con más precisión la

cantidad de agua requerida para uno u otro proceso, en correspondencia a la

receta que se esta ejecutando.

El Control de densidad provee ai operador el aviso de la obtención del mosto

deseado previo al envío hacia bodega de frío.

5.2 RECOMENDACIONES

• Se recomienda que el sistema implementado, y actualmente en

funcionamiento, sea evaluado operativa y técnicamente, para que a futuro se

realicen si es del caso, las mejoras que correspondan.

• Es recordable que el ajuste de parámetros o constantes del sistema de

control, sea realizado exclusivamente por usuarios calificados técnicamente y

con alto nivel de acceso al sistema.

• Para un correcto funcionamiento del sistema, no esta por demás recomendar

una limpieza periódica de la instrumentación, controladores, contadores y

además equipos de mando y maniobra.

104

El computador "Recetas" que contiene la ¡nterfaz central del sistema requiere

un mantenimiento trimestral recomendado por el fabricante de ia CPU.

105

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SIEMENS, Manual Siemens cpu simatics? -300, Ultima edición, 2003.

SIEMENS, Manual Siemens Simatic Net, Última edición, 2004.

SIEMENS, MANUAL SIEMENS STEP 7, Última edición, 2003.

ENDRESS+HAUSER, Manual endress+hauser - promag 10w, Última Edición,

2005.

ENDRESS+HAUSER, Manual Endress+Hauser - itemp PCP TMT 181, Última

edición, 2005.

HONEYWELL, Manual Honeywell Commander DR 4300, Última edición, 2002.

ABB, Manual ABB Kent Taylor 1900 SERIES, Última edición, 2002.

ANTÓN PAAR, MANUAL ANTÓN PAAR SPRn, Última edición, 2003.

ANTÓN PAAR, MANUAL ANTÓN PAAR mPDS 1000, Última edición, 2003.

ABB, Manual ABB 520T Gauge PressureTransmitter, Última edición, 2002.

WONDERWARE, Guía de usuario Intouch- Recipe Manager, Última edición,

2005.

WONDERWARE, GUIA DE REFERENCIA Intouch 9.0, Última edición, 2005.

WONDERWARE, GUIA DE USUARIO I/O Servers S7, Última edición, 2005.

106

ANEXOS

ANEXOAPLANOS PRINCIPALES

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