control automatico del procesamiento del aguacate´
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Control automatico del procesamiento del aguacate
Jennifer Duque Arango ([email protected]), Jose Fernando Gamez Rivas ([email protected])Julian Londono Martinez ([email protected]), Daniela Marın Valencia ([email protected])
Laura Mejia Vargas ([email protected]), Maria Clara Restrepo Osorno ([email protected])
I. INTRODUCCION
A. Proceso de la empresa
Es una empresa del sector agroindustrial, especializada en
la exportacion y transformacion del aguacate hass, siendo
el guacamole, listo para consumo, el producto estrella, pro-
ducido con los mas altos estandares de calidad e higiene.
B. Demanda del producto y publico objetivo
Para el guacamole el publico objetivo son las cadenas
de supermercados, ellas se encargaran de distribuir los pro-
ductos a todos los hogares colombianos. Para el caso del
aguacate el publico objetivo son las grandes cadenas de
supermercado a nivel mundial.
C. Problema de automatizacion del proceso
Actualmente, el aguacate ha tomado una importancia
considerable en el mercado agricultor, lo que ha permitido un
gran desarrollo a nivel mundial, hay que mencionar, ademas,
la gran competencia que existe en el mercado industrial ac-
tual, es por esto que la empresa debe asumir varios retos para
lograr sobresalir frente a las demas empresas de este sector,
lo cual hace asumiendo nuevas tecnologıas aplicadas en el
proceso, que permiten disminuir costos, tiempo y errores en
la produccion con el fin de aumentar la productividad de la
empresa.
D. Objetivo general
Brindar a los clientes un producto amigable con el medio
ambiente, nutritivo y de calidad; buscando constantemente
la manera de optimizar y automatizar los procesos, con el
fin de lograr optimos niveles de productividad y efectividad
para el producto terminado.
E. Objetivos especıficos
• Implementar nuevas tecnologıas en el proceso, para ası
satisfacer las necesidades de los consumidores.
• Lograr mantener una estabilidad en el mercado
cumpliendo con la demanda.
• Reducir tiempo, costos y errores en la produccion.
F. Razones por las cuales se desea automatizar
Se desea automatizar a partir de la volteadora de canas-
tas los siguientes procesos: lavado de frutas, clasificacion
por tamanos, deshumidificacion, corte, mezclado, llenado y
transporte. Estos procesos seran automatizados con ayuda
de sensores y actuadores en cada una de las maquinas, que
tienen como objetivo establecer lımites y acciones a cada
transformacion.
El primer paso es desarrollar una carta de procesos para
tener claridad de lo que se va a realizar en cada uno de
estos. Para continuar con la programacion de cada uno de los
PLC (Mitsubishi FX3G) asignados a las maquinas, adicional
a esto se implementara un sistema SCADA (Supervisory,
Control and Data Acquisition) cuyo objetivo es controlar y
optimizar el proceso en tiempo real.
En conclusion, una de las principales razones por las cuales
se desea automatizar la empresa son aumentar la calidad y
rentabilidad del producto y ademas, disminuir operaciones
que no agregan valor al proceso productivo.
II. DESCRIPCION DEL PROCESO
A. Diagrama de flujo
Fig. 1. Diagrama de flujo
B. Layout de la empresa
Fig. 2. Layout de la empresa
C. Descripcion del proceso productivo
El proceso inicia con la volteadora de canastas (en las
que se encuentran los aguacates) a una banda transportadora
y continua con el lavado, el cual se realizara en una maquina
encargada de remover las impurezas que traen del proceso
de recoleccion y por medio de rociadores lavar la fruta.
Posteriormente, se desplazan al proceso de separacion por
tamano:
• Los de calibre 12-24 se dirigen hacia el proceso de
guacamole, el cual comienza partiendo el aguacate por
la mitad con una maquina y continua despulpandolo por
medio de intervencion humana, la pulpa se dirige a la
mezcladora donde se junta con el resto de ingredientes
y pasa finalmente al proceso de empaquetado realizado
con la llenadora de piston, esta se hara en recipientes
biodegradables.
• Los aguacates de calibre 26-32 se dirigen por medio
de bandas transportadoras al secado, este proceso se
realizara en un horno de altas temperaturas, donde
el producto estara hasta evaporar toda la humedad
que posee, por ultimo son transportados al proceso de
empaque en canastas que soportan hasta 11 kilos.
D. Descripcion de cada uno de los subprocesos
• Volteadora de canastas: los aguacates llegan en canas-
tas del proceso de recoleccion, estas se ubican en la
maquina, la cual se encargara de voltear las canastas
y ubicar los aguacates en la banda para dar inicio al
proceso.
• Lavadora de frutas: con ayuda de rociadores y tanques
de agua se remueven y limpian las impurezas que trae
el aguacate del proceso de recoleccion.
• Clasificadora: la maquina por medio de sensores se
encarga de separar los aguacates segun su calibre, si la
fruta activa 4 sensores se determina que son de calibre
26-32 y un piston los empuja y se redirigen al proceso
de exportacion, de lo contrario, si se activan maximo 3
sensores significa que son de calibre 12-24 y por ende
el piston no se activa, entonces los aguacates siguen su
recorrido al proceso de guacamole.
• Horno deshumidificador: en esta parte del proceso se
realiza la deshidratacion del aguacate que se destinara
para exportacion, es de suma importancia, ya que el
aguacate va a pasar varios dıas en barcos y debe llegar
en optimas condiciones a su lugar de destino.
• Banda Transportadora: realiza el transporte del aguacate
para exportacion hacia las canastas, en caso de haber
problemas, en este subproceso existen sensores los que
se encargan de controlar que todos los aguacates esten
circulando en buenas condiciones y no exista ninguna
obstruccion.
• Canasta: se almacena el aguacate para luego ser llevado
a los contenedores y posteriormente ser enviado a los
clientes correspondientes.
• Cortadora: por medio de cuchillas se cortan los agua-
cates por la mitad de manera automatica para ası facili-
tar y optimizar factores como el tiempo en la siguiente
parte del proceso.
• Banda de despulpado: los operadores se encargan de
separar la pulpa de la cascara y de la fruta del aguacate
que va viajando por medio de bandas transportadoras.
• Mezcladora: dos listones de acero inoxidable se en-
cargan de mezclar la materia prima que contiene el
guacamole.
• Llenado de piston: los recipientes biodegradables se van
transportando para ser llenados por medio de un sistema
de inyeccion.
• Etiquetado: la maquina etiquetadora aplica la etiqueta
sobre el producto.
E. Ubicacion de las maquinas en el layout
Se ubica la volteadora de canastas cerca al almacen de
materias primas y el producto terminado con el fin de reducir
tiempos de transporte. Todo el proceso esta unido en sus
entradas y salidas para reducir operaciones que no agregan
valor al proceso. Ademas, tanto el proceso de guacamole
como el de exportacion estan ubicados en serie con el ob-
jetivo de estandarizar el producto para ası disminuir errores,
tiempo y costos de produccion.
F. Ilustracion del proceso y subproceso
Fig. 3. Proceso y subprocesos
III. INSTRUMENTACION
A. Diagrama tipo SCADA
Fig. 4. Diagrama tipo SCADA
B. Numero de actuadores y sensores en el diagrama de flujo
Fig. 5. Cantidad de sensores y actuadores por maquina
C. Numero de PLC seleccionados
La empresa cuenta con tres PLC, uno para cada lınea
de produccion, el primero corresponde a la volteadora de
canastas, lavadora de frutas y la clasificadora; el segundo
PLC le corresponde a la cortadora, banda de despulpado,
mezcladora, llenadora de piston y etiquetado; por ultimo, el
tercer PLC le corresponde a horno deshumicador y a la banda
transportadora.
Estos fueron elegidos para cada subproceso, ya que permiten
que en caso de que una de las lıneas de produccion falle,
sin importar si esta es la de guacamole o la de importacion
de aguacates, la otra pueda continuar con su proceso; ası
mismo posibilita subdividir sus procesos por la cantidad de
entradas y salidas que posee cada una de estas y hace mas
facil realizar el mantenimiento de la maquinas.
D. Tabla para los sensores y actuadores
En las siguientes graficas se presentaran los tipos de
sensores y actuadores, ademas los PLC y su sistema de
adquision
Fig. 6. Porcentaje de cada tipo de sensor
Fig. 7. Porcentaje de cada tipo de actuador
Fig. 8. Porcentaje de PLC y sistemas de adquisicion
IV. PROTOCOLO
A. Descripcion
Para cada subsistema se realizo lo siguiente:
1) Protocolo 1: Clasificacion del aguacate:
• Volteadora de canastas: la maquina se encuentra inicial-
mente apagada, esta recibe una carga de aguacates de tal
forma que el sensor ”entrada 1 1” se activa y el sensor
de peso se setea en 40 kilogramos, esto dara arranque
al motor (”Motor 1” y ”VDF Motor 1”) que se encarga
de arrojar los aguacates a una banda por gravedad, la
cual los guiara a la lavadora.
Una vez se vacıe la canasta y el sensor de salida de la
banda comience a sensar el paso de aguacates, se le dara
arranque a la lavadora y comenzara un temporizador
(”TON 1”) de 60 segundos que se encargara de apagar
la volteadora de canastas.
• Lavadora de frutas: una vez sensada la presion (”Presion
de agua”) y el flujo de agua (”flujo de agua”) en las
tuberıas, se le da inicio al motor (”Motor 2” y ”VDF
Motor 2”) el cual se encarga de desplazar los aguacates
por la lavadora y al tiempo se le da apertura a la valvula
que permite el flujo del agua a traves de los rociadores.
Ademas, existe un sensor de nivel (”Nivel 2”) encargado
de bloquear la maquina en caso de una contencion de
aguacates. Adicionalmente, se anade un sensor de salida
(”Salida 2 1”) que da inicio a la maquina clasificadora
y a un temporizador (”TON 2”) de 60 segundos que se
encargara de apagar la lavadora de frutas.
• Clasificadora de aguacates: se controla la entrada de
aguacates a la maquina a traves de un sensor (”Entrada
2 1”) el cual le da arranque al motor (”Motor 3” y
”VDF Motor 3”) que se encarga del movimiento de los
aguacates a traves de la clasificadora, este a su vez le
da arranque al proceso de produccion del guacamole y
al proceso de normalizacion para exportacion, ademas,
activa un temporizador, (”TON 3”) este estara encargado
de apagar la clasificadora, hay que mencionar ademas,
el sensor de nivel (”Nivel 3”) que se encarga de bloquear
la maquina en caso de una contencion de aguacates.
2) Protocolo 2: Guacamole:
• Cortadora: mediante un sensor de entrada (”Entrada 2”)
se testea el flujo de aguacates a traves de la maquina,
este activa el motor (”Motor 4” y ”VDF Motor 4”) que
se encarga de transportar los aguacates a traves de la
maquina, al mismo tiempo enciende las cuchillas que
se encargan de dividir el aguacate en dos partes.
Se tiene un sensor de salida (”Salida 2”) el cual se
encarga de testear el correcto funcionamiento de la
maquina, una vez este se activa, se da inicio a la banda
de despulpado e inicia un contador (”TON 4”) de 60
segundos que se encargara de apagar la cortadora.
• Banda de despulpado: una vez iniciada la banda de
despulpado, mediante la senal dada por el sensor de
salida (”Salida 2”) ubicado en la cortadora, comienza
el paso del aguacate a traves de los operarios que se
encargan de sacar la pulpa de la fruta, la cual se usara
en un futuro para el guacamole.
• Mezcladora: se inicia el proceso de mezclado en base a
la senal generada por el sensor ubicado en la salida
(”Salida 2”) de la cortadora, se tiene un sensor de
temperatura (”Temperatura 2”) y un sensor de humedad
relativa (”HR 2”), los cuales alcanzaran un valor X
y daran inicio al piston (”Piston”), a la resistencia
(”Resistencia 2”), al molino (”Molino” y ”VDF Motor
7”) cuyo objetivo es realizar la mezcla del guacamole.
Esta cuenta con un temporizador de 300 segundos el
cual se encarga de apagar la maquina.
• Llenadora de piston: se cuenta con un sensor de
humedad (”HR 2 2”) el cual le da arranque al motor
(”Motor 6” y ”VDF Motor 6”) que desplaza los recip-
ientes de envase del producto a traves de la maquina.
Cuenta con un temporizador (”TON 6”) que se encarga
de apagar la maquina.
• Etiquetadora: en base a la senal enviada desde la
llenadora de piston, se inicia la maquina que aporta la
imagen al producto. Tiene un temporizador (”TON 7”)
que se encarga de apagar la maquina.
3) Protocolo 3: Exportacion:
• Horno: basado en la senal recibida desde la maquina
clasificadora, se inicia el proceso de secado del agua-
cate, el cual cuenta con un sensor de humedad (”HR”)
y un sensor de temperatura (”Temperatura”), los cuales
se encargan de dar arranque al motor (”Motor 8” y
”VDF Motor 9”) que transporta el producto a traves
del proceso de deshidratado y da arranque a la resisten-
cia (”Resistencia”), la que se encarga de controlar la
humedad del aire y por ende del producto.
Adicionalmente, cuenta con un sensor de presion
(”Presion”) y de nivel (”Nivel”), los cuales tienen como
objetivo bloquear la maquina en caso de una concen-
tracion alta de gas o de una contencion de aguacates.
Se cuenta tambien con un sensor de salida (”Salida
1”), este se encarga de darle arranque a la banda
transportadora que lleva los aguacates a su punto de
empaquetado y de dar inicio a un temporizador (”TON
8”) de 60 segundos, el cual se encarga de apagar la
maquina.
• Banda transportadora: la banda inicia con la senal
recibida del sensor salida (”Salida 1”), este inicia el
motor (”Motor 9” y ”VDF Motor 10”) que se encarga
de transportar los aguacates hasta su punto de empaque-
tado. Cuenta con un sensor de salida el cual le da inicio
a un temporizador de 60 segundos que se encargara de
apagar la maquina y finalizar el proceso.
Fig. 9. Sensores
Fig. 10. Actuadores
Fig. 11. Temporizadores
B. Caja negra de cada uno de los controladores
Fig. 12. Caja negra de la volteadora
1) Volteadora:
Fig. 13. Caja negra de la lavadora
2) Lavadora:
Fig. 14. Caja negra de la clasificadora
3) Clasificadora:
Fig. 15. Caja negra de la cortadora
4) Cortadora:
Fig. 16. Caja negra de la banda de despulpado
5) Banda de despulpado:
Fig. 17. Caja negra de la mezcladora
6) Mezcladora:
Fig. 18. Caja negra de la llenadora de piston
7) Llenadora de piston:
Fig. 19. Caja negra de la etiquetadora
8) Etiquetadora:
Fig. 20. Caja negra del horno
9) Horno:
Fig. 21. Caja negra de la banda transportadora
10) Banda transportadora:
C. MEF
Fig. 22. MEF de la volteadora de canastas
1) Volteadora de canastas:
Fig. 23. MEF de la lavadora de frutas
2) Lavadora de frutas:
Fig. 24. MEF de la clasificadora
3) Clasificadora:
Fig. 25. MEF del horno deshumidificador
4) Horno deshumidificador:
Fig. 26. MEF de la banda transportadora
5) Banda transportadora:
Fig. 27. MEF de la cortadora
6) Cortadora:
a) Nota:: los signos de exclamacion que puedan en-
contrarse en las ilustraciones tienen como significado que la
variable esta negada, por lo que el estado es igual a 0.
Fig. 28. MEF de la banda de despulpado
7) Banda de despulpado:
Fig. 29. MEF de la mezcladora
8) Mezcladora:
Fig. 30. MEF de la llenadora de piston
9) Llenadora de piston:
Fig. 31. MEF de la etiquetadora
10) Etiquetadora:
V. IMPLEMENTACION
A. Sistema de carpetas en el PLC
La carpeta contiene un archivo de texto llamado ”anexos”
donde se explica mas a fondo la informacion de cada sensor
y cada actuador, como lo es: su referencia, su marca, numero
de entradas y salidas, entre otras.
En la carpeta llamada ”instrumentacion” estan todas las
imagenes utilizadas para explicar la tarea de cada sensor y
actuador en el proceso.
En la carpeta ”implementacion” se encuentra todo lo rela-
cionado con la programacion de los PLC y lo referente a la
interfaz hombre-maquina.
Por ultimo, se encuentra una carpeta llamada ”archivos
fuente” donde se encuentran las imagenes y los demas
archivos que fueron utiles a la hora de realizar el trabajo.
B. Explicacion funcionamiento del PLC
A continuacion, se muestran las capturas de pantalla de
los procesos del PLC 1
Fig. 32. Programacion del PLC 1
Fig. 33. Programacion de la volteadora para el PLC 1
Fig. 34. Programacion de la lavadora para el PLC 1
Fig. 35. Programacion de la clasificadora para el PLC 1
A continuacion, se muestran las capturas de pantalla de
los procesos del PLC 2
Fig. 36. Programacion del PLC 2
Fig. 37. Programacion de la clasificadora para el PLC 2
Fig. 38. Programacion del despulpado para el PLC 2
Fig. 39. Programacion de la mezcladora para el PLC 2
Fig. 40. Programacion de la llenadora de piston para el PLC 2
Fig. 41. Programacion de la etiquetadora para el PLC 2
A continuacion, se muestran las capturas de pantalla de
los procesos del PLC 3
Fig. 42. Programacion del PLC 3
Fig. 43. Programacion del horno para el PLC 3
Fig. 44. Programacion de la banda transportadora para el PLC 3
C. Interfaz hombre-maquina
Fig. 45. IHM general
Fig. 46. IHM de la volteadora de canastas
Fig. 47. IHM de la lavadora de frutas
Fig. 48. IHM de la clasificadora
Fig. 49. IHM de la cortadora
Fig. 50. IHM de la banda de despulpado
Fig. 51. IHM de la mezcladora
Fig. 52. IHM de la llenadora de piston
Fig. 53. IHM de la etiquetadora
Fig. 54. IHM del horno deshumificador
Fig. 55. IHM de la banda transportadora
VI. CONCLUSIONES
Despues de haber planteado el problema y haber definido
con precision los objetivos generales y especıficos se comen-
zaron a aplicar los conocimientos obtenidos en clase y
en el laboratorio y se comenzo a investigar la maquinaria
necesaria para dicho proceso y su respectivo funcionamiento
con respecto a los sensores y actuadores de esta.
En el anterior informe se explica como funciona cada
maquina, hablando de sus elementos internos, los que hacen
que su funcionamiento sea exitoso.
Gracias a esto, se concluiye que al automatizar un proceso si
se pueden recortar los costos en una fabrica, puesto que no
se tienen procesos innecesarios y las maquinas trabajan con
una mejor eficiencia, asimismo se aprecian muchas ventajas
a nivel de conocimiento propio, ya que se debe ir mas alla
a la hora de conocer una maquina y su proceso productivo.
VII. ANEXOS
Incluimos los datos tecnicos de sensores, actuadores, PLC
y sistema de adquisicion a utilizar.
1) Sensores::
• PCE-MWM 220 Sensor de banda VHF / Medicion
de humedad continua de lıquidos y vapor.
https://www.pce-instruments.com/
colombia/sistemas-regulacion-control/
sensorica/sensor-humedad-pce-/
instruments-sensor-de-humedad-pce-/
mwm-220-det_5867001.htm?_list=kat&
_listpos=7
• Sensor de presion cilindro para sistema de
sobrepeso HA2901003640. https://www.
totalfullservice.com/category/
todo-sobre-manlift/
• Modbus RTU sobre RS-485.
https://www.vaisala.com/es/products/instruments-
sensors-and-other-measurement-devices/instruments-
industrial-measurements/hmp5
• Esconders. https://www.ifm.com/es/es/
category/015/015_010
2) Actuadores::
• LG-4000-2. Motor de 1.1 Kw. https:
//spanish.globalsources.com/gsol/I/
Fruit-vegetable/p/sm/1163801907.htm#
1163801907
• Moto reductor electrica marca sumitomo, SM-
CYCLO tipo H de 5 HP, relacion 30:1.
https://www.maquinariamimsa.com.mx/
copia-de-cubicadora
• Motor de sistema de llenado por inyeccion. Modelo 6P-
1. https://www.maquinariamimsa.com.mx/
copia-de-sistema-de-envasado-comple
• KAV2. Motor con potencia instalada 3 Kw.
https://omip.net/sites/default/files/
field/KAV2%20Catalog_1.pdf
• Motores transportadores de rodillo (moto reductores
y moto tambores). https://www.lpconveyors.
com/transporte-y-manutencion/
transportadores-de-rodillos/
• PLC.
• PLC FX3G MITSUBISHI. http://cap.
davinsony.com/doc/introduccion-plc/
VIII. BIBLIOGRAFIA
REFERENCES
[1] Horno de secado para alimentos ”Alibaba”.Obtenido de https://spanish.alibaba.com/
product-detail/vegetable-fruit-snack-drying/
-line-drying-oven-for-foods-60322064287.html
[2] Calidad del aguacate ”Frutival”. Obtenido de http://www.
frutival.com.mx/?p=446
[3] Transportadores de rodillos ”LP Conveyors”. Obtenido de https:
//www.lpconveyors.com/transporte-y-manutencion/
transportadores-de-rodillos/
[4] Potato Sorting Machine, Potato Grading Machine,Garlic Sorting Machine ”Made-in-China”. Obtenido dehttps://www.made-in-china.com/showroom/
fude-anna01/product-detaillqiEPNoDCFRp/
China-Potato-Sorting-Machine-Potato/
-Grading-Machine-Garlic-Sorting-Machine.html
[5] LINEA DE LAVADO Y CALIBRADO DE AGUACATES DE 12SALIDAS GENESIS ”Oro Verde”. Obtenido de https://www.
youtube.com/watch?v=1EPQTBVeyjQ
[6] Lavadora anaranjada de la fruta ”Sources, G”. Obtenidode https://spanish.globalsources.com/gsol/I/
Fruit-vegetable/p/sm/1163801907.htm#1163801907
[7] Lınea de equipos para el proceso del guacamole ”MaquinariaMIMSA”. Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=9ntx_EsJEIY&feature=youtu.be