diseÑo, planeaciÓn y desarrollo de …

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DISEÑO, PLANEACIÓN Y DESARROLLO DE AUTOMATIZACIÓN

DE ULTRAPASTEURIZADOR DE LECHE CON LA EMPRESA

PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR

OSCAR ALEXANDER LANCHEROS SALAZAR.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.

FACULTAD TECNOLÓGICA.

INGENIERÍA EN CONTROL

2019.

2

Palabras Claves: Ultrapasteurizador; Esterilización; CIP (Cleaning in place); Control de

Procesos; Controlador Lógico Programable.

Resumen. Se encuentra un ultrapasteurizador de leche (esterilizador) chino marca

MINGCHEN, el cual no cumple con los requerimientos mínimos legales de calidad,

inocuidad y de microbiología (contaminación), así que la empresa propietaria del equipo

decide realizar una actualización en hardware y software para el cumplimiento de las

normas legales de calidad e higiénicas en el país. Para esta labor es contratada la empresa

PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS con el fin de dar una solución rápida y

eficiente.

En el presente proyecto de automatización industrial se busca desarrollar un programa para

el control del esterilizador con las fases de esterilización, producción y lavado, a través de

un PLC (Controlador lógico programable), bajo el criterio de operación de un panel táctil.

Con ello se desea tener un mejor control de las operaciones de sus variables de proceso y

así obtener productos idóneos que cumplan con los requerimientos para su posterior

consumo. Este proyecto tuvo un costo aproximado de $70’000.000 COP, el cual fue

ejecutado a partir del 29 de abril hasta el 15 de julio del presente año, cumpliendo una

intensidad horaria 504 horas durante aproximadamente 3 meses. Para el desarrollo de este

programa y aplicación de interfaz gráfica se realizó en las instalaciones de la empresa

PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS ubicada en la CL 64ª #50b-25, Bogotá DC

y fue implementado en las instalaciones del cliente final IBEASER SAS.

Abstract. There is a Chinese milk ultrapasteurizer (sterilizer) brand MINGCHEN, which

does not meet the minimum legal requirements for quality, safety and microbiology

(contamination), so the company that owns the equipment decides to perform a hardware

and software update for the Compliance with the legal standards of quality and hygiene in

the country. For this work the company PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS is

hired in order to provide a quick and efficient solution.

This industrial automation project seeks to develop a program for sterilizer control with

the sterilization, production and washing phases, through a PLC (Programmable Logic

Controller), under the criteria of operating a touch panel. With this it is desired to have a

better control of the operations of its process variables and thus obtain suitable products

that meet the requirements for its subsequent consumption. This project had an

approximate cost of $ 70,000,000 COP, which was executed from April 29 until July 15 of

this year, serving a 504 hours with an hourly intensity for approximately 3 months. For the

development of this program and graphic interface application, it was carried out at the

facilities of the company PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS located in CL 64ª

# 50b-25, Bogotá DC and was implemented at the IBEASER SAS end customer facilities.

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Tabla de Contenido

1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 7 2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 7

2.1 General. ........................................................................................................... 7 2.2 Específicos. ..................................................................................................... 8

3. PLAN DE TRABAJO. ............................................................................................ 8 4. NORMAS Y REGULACIONES ............................................................................ 9 5. CONTENIDO ....................................................................................................... 10

5.1 Descripción del sistema. ............................................................................... 10 5.2 Obligaciones ................................................................................................. 10

5.2.1 Obligaciones comerciales ............................................................................. 10 5.2.2 Obligación moral .......................................................................................... 11

5.2.3 Obligación comercial .................................................................................... 11 5.3 Arquitectura de Red. ..................................................................................... 11

5.4 Listado de Hardware ..................................................................................... 13 5.5 Listado de I/Os .............................................................................................. 14 5.6 Descripción de proceso. ................................................................................ 17

5.6.1 Fase CIP (Cleaning in Place) ........................................................................ 17 5.6.2 Fase AIC (Aseptic intermediate cleaning). ................................................... 22

5.6.3 Fase esterilización ......................................................................................... 25 5.6.4 Fase de circulación agua estéril .................................................................... 28 5.6.5 Fase de producción ....................................................................................... 28

6. DESCRIPCIÓN PROGRAMA PLC. ................................................................... 31

6.1 Descripción de tareas. ................................................................................... 32 6.1.1 Tarea 1. MainTask (Tarea continua). ............................................................ 33 6.1.2 Tarea 2. Phases (Tarea periódica). ................................................................ 34

6.1.3 Tarea 3. PID´s (Tarea Periódica). ................................................................. 36 6.2 Add-on instructions (AOI´s) ......................................................................... 37 6.2.1 AOI Motor .................................................................................................... 37

6.2.2 AOI Motor VFD ........................................................................................... 38 6.2.3 AOI Valve ..................................................................................................... 39 6.2.4 AOI Modulant Valve .................................................................................... 40 6.2.5 AOI Analog in scale...................................................................................... 41 6.2.6 AOI Analog out scale.................................................................................... 42

6.2.7 AOI Secuence Control .................................................................................. 43

6.2.8 AOI Step_Decode ......................................................................................... 44

7. DESCRIPCIÓN PROGRAMA SUPERVISIÓN. ................................................. 45 7.1 Encabezado ................................................................................................... 46 7.2 Niveles de acceso .......................................................................................... 47 7.3 Acceso a pantallas ......................................................................................... 48 7.4 Proceso .......................................................................................................... 48

7.4.1 Controles ....................................................................................................... 49 7.5 Panel de control............................................................................................. 51

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7.5.1 Cuadro de operación. .................................................................................... 51

7.5.2 Botones control de fase ................................................................................. 55 7.5.3 Memorias del equipo..................................................................................... 55 7.5.4 Capacidad del equipo .................................................................................... 56 7.5.5 Señales de comunicación .............................................................................. 56 7.6 Recetas .......................................................................................................... 56

7.6.1 Crear nueva receta......................................................................................... 59 7.7 Alarmas ......................................................................................................... 61 7.7.1 Indicadores de alarmas .................................................................................. 62 7.7.2 Listado de alarmas ........................................................................................ 63 7.8 Tendencias .................................................................................................... 67

7.9 Preparaciones ................................................................................................ 68 7.9.1 Puntos de control generales .......................................................................... 68

7.9.2 Puntos de control opcionales ........................................................................ 69 7.10 Operación ...................................................................................................... 69

7.10.1 Ejecución de fases. .................................................................................... 69 7.11 Parámetros finales ......................................................................................... 71 7.11.1 Parámetros esterilización. ......................................................................... 71

7.11.2 Parámetros producción.............................................................................. 72 7.11.3 Parámetros CIP ......................................................................................... 73

7.11.4 Parámetros CIP intermedio. ...................................................................... 74 7.12 Lazos de control PID .................................................................................... 74 7.12.1 Lazo de control FIC01 .............................................................................. 75

7.12.2 Lazo de control TIC02 .............................................................................. 75

7.12.3 Lazo de control TIC04 .............................................................................. 76 8. CONCLUSIONES ................................................................................................ 76

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Lista de tablas

Tabla 1. Listado de Hardware. ...................................................................................... 13 Tabla 2. Listado de entradas digitales. ......................................................................... 15 Tabla 3. Listado de salidas digitales. ............................................................................. 16 Tabla 4. Listado de entradas analógas. ......................................................................... 17

Tabla 5. Listado de salidas análogas. ............................................................................ 17 Tabla 6. Listado de pasos en la fase de CIP. ................................................................. 19 Tabla 7. Listado de pasos en la fase de AIC. ................................................................ 23 Tabla 8. Listado de pasos en la fase de esterilización. ................................................. 26 Tabla 9. Listado de pasos en la fase de producción. .................................................... 29

Tabla 10. Listado de pantallas en HMI. ........................................................................ 46 Tabla 11. Tabla de usuarios y permisos. ....................................................................... 48

Tabla 12. Tabla botones de control. .............................................................................. 52 Tabla 13. Tabla de estados de fase. ............................................................................... 52

Tabla 14. Tabla de estados de botón de condiciones iniciales. .................................... 52 Tabla 15. Botones de control de fase. ............................................................................ 55 Tabla 16. Botones de control de alarmas. ..................................................................... 62

Tabla 16. Listado de alarmas. ........................................................................................ 66 Tabla 18. Botones de control tendencias. ...................................................................... 67

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Lista de figuras

Figura 1. Arquitectura de Red. 12

Figura 2. Configuración Hardware en PLC. 31

Figura 3. Organización de tareas del controlador. 33

Figura 4. Configuración Tarea 1 - Maintask. 34

Figura 5. Configuración Tarea 2 - Phases. 35

Figura 6. Propiedades de tarea periódica - Phases. 35

Figura 7. Propiedades de tarea periódica - PID. 36

Figura 8. Configuración Tarea 3 – PID. 36

Figura 9. AOI de Motor. 37

Figura 10. AOI de Motor con variador. 39

Figura 11. AOI de Válvula. 40

Figura 12. AOI de Válvula proporcional. 41

Figura 13. AOI de Entrada analógica. 42

Figura 14. AOI de Salida analógica. 42

Figura 15. AOI Control de secuencia. 43

Figura 16. AOI Decodificador de pasos. 44

Figura 17. Barra de encabezado. 46

Figura 18. Barra de acceso de usuarios 47

Figura 19. Barra de acceso a pantallas. 48

Figura 20. Pantalla de proceso. 49

Figura 21. Ventana de control de bombas. 49

Figura 22. Pantalla panel de control. 51

Figura 23. Pantalla de condiciones iniciales. 53

Figura 24. Pantalla de parámetros de esterilización. 54

Figura 25. Área de memorias de fases del ultrapasteurizador. 55

Figura 25. Área de señales entre ultrapasteurizador y maquina llenadora. 56

Figura 27. Pantalla de recetas. 58

Figura 28. Nombre de receta. 59

Figura 29. Editar nombre de receta. 59

Figura 30. Receta - Edición de valores de parámetros. 60

Figura 31. Receta – Guardar cambios. 61

Figura 32. Pantalla de alarmas. 62

Figura 33. Pantalla de tendencias. 67

Figura 34. Operación – Parámetros. 69

Figura 35. Operación – Verificación condiciones iniciales. 70

Figura 36. Operación – Verificación señal llenadora. 70

Figura 37. Operación – Indicador de fase. 71

Figura 38. Parámetros – Fase de esterilización. 71

Figura 39. Parámetros – Fase de producción. 72

Figura 40. Parámetros – Fase de CIP. 73

Figura 41. Parámetros – Fase de AIC. 74

Figura 42. Lazo PID FIC01. 75

Figura 43. Lazo PID TIC02. 75

Figura 44. Lazo PID TIC04. 76

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1. INTRODUCCIÓN

Dentro del campo industrial existen varios aspectos importantes como la seguridad, la

eficiencia, la calidad, los costos de operación, entre otros. La eficiencia es tal vez uno

de los factores más relevantes ya que este tiene grandes implicaciones dentro del proceso

productivo: fabricación, almacenamiento, transporte y comercialización; es por ello que

siempre se busca lograr procesos que no solo generen grandes ganancias, sino que

también entreguen productos de calidad, que tengan condiciones óptimas para los

operarios, que sean seguros y que tengan tecnologías apropiadas, es decir, procesos

productivos y eficientes de forma integral.

Procesos Automáticos CELTAR SAS, empresa dedicada al diseño e implementación de

tecnología para la automatización industrial, requiere desarrollar un proyecto donde se

busca realizar el control de un ultrapasteurizador de leche de procedencia china, el cual

requiere la actualización de hardware y software para cumplir los requerimientos legales

para su correcto funcionamiento.

Debido a lo expuesto anteriormente se requiere crear un diseño adecuado para la

automatización de dicho proyecto, en el cual se abarquen los siguientes aspectos:

especificar el alcance del mismo en cuanto a magnitud de entradas, salidas, procesos y

expansión; diseño de arquitectura de red necesaria; recolección de datos del proceso;

creación del manual de operaciones; selección y operación de los tipos de instrumentos

y equipos a utilizar así como sus accesorios, tipo de montaje, cableado, configuración,

programación del controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés),

ajustes, puesta en marcha del sistema y recomendaciones para futuras etapas.

2. OBJETIVOS

2.1 General.

• Realizar el diseño, planeación, desarrollo y ejecución de la automatización de

un ultrapasteurizador de leche con la empresa PROCESOS AUTOMATICOS

CELTAR SAS.

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2.2 Específicos.

• Diseñar estrategia de control y desarrollar lógica de control en PLC Allen

Bradley de las fases de esterilización, agua estéril, producción y CIP (Cleaning

in place).

• Diseñar y configurar arquitectura de red Ethernet TPC/IP.

• Realizar configuración y escalización de transmisores de temperatura, nivel,

flujo y presión.

• Realizar la sintonización de dos lazos de control PID de temperatura y flujo.

• Desarrollar el sistema de supervisión HMI para la operación del equipo.

• Realizar pruebas FAT, SAT y commisioning.

• Elaborar manual de operación de esterilizador.

• Realizar capacitación a personal de planta del proyecto ejecutado.

• Brindar acompañamiento a cliente final de las fases desarrolladas.

3. PLAN DE TRABAJO.

El plan de trabajo del proyecto de la automatización del equipo consta de varias etapas:

Etapa I: Gestión de Proyecto

• Planificación o cronograma.

• Proceso de ejecución.

• Proceso de seguimiento y control.

• Proceso de cierre.

Etapa ll: Diseño

• Recopilación de información del equipo.

• Listado se señales.

• Listado de Hardware y Software.

• Diseño del nuevo hardware con la topología de red.

• Rediseño de plano de distribución de tablero.

• Listado de herramientas de mano.

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Etapa lll: Requerimientos y adquisiciones

• Servicio de programación con actuadores y sensores presentes

• Servicio de diseño de aplicación del TP

• Servicio de cambio de cableado y reestructuración de tablero.

Etapa IV: Implementación

• Montaje y ubicación de equipos en el tablero.

• Instalación de programa en el PLC.

Etapa V: Puesta en marcha

• Pruebas de comunicación entre PLC y TP

• Pruebas y verificación de señales del equipo punto a punto.

• Sintonización de lazos de control

• Pruebas de lavado, esterilización y producción con agua.

• Pruebas en marcha con producto.

• Pequeños cambios en la programación y diseño de la pantalla.

4. NORMAS Y REGULACIONES

Para el diseño, desarrollo e implementación de este proyecto se debe cumplir con

algunas normas y regulaciones nacionales e internacionales, estas son:

• SO 9001.

• NTC 2050.

• RETIE.

• NEMA 250.

• IEC-60529.

• IEC-61131 Parte 3.

• ISA S20.

• ISA 95.

• ISA 101.

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5. CONTENIDO

5.1 Descripción del sistema.

Para la implementación del sistema se usa como controlador un PLC compactlogix

1769-L30ER, además se cuenta con una HMI (Panel view) para el control del equipo,

estos dos son marca ALLEN BRADLEY. El propósito principal del sistema es

desarrollar un programa el cual cumpla las condiciones necesarias para que el equipo

esterilice los productos correctamente, para que esto se cumpla el PLC recibe señales

de campo de los transmisores de temperatura, nivel y flujo directamente conectadas a

las tarjetas de entradas análogas (1769-IF8), asimismo se cuenta con sensores de

confirmación de posición, esto para asegurar que verdaderamente las válvulas de

solenoide cambian su posición cuando son obturadas; se obtiene también la

confirmación de guarda motores y contactores de los motores para establecer su estado

bajo cualquier anomalía, están señales están conectadas en los módulos de entradas

digitales (1769-IB32). Con estas señales se hace posible en control de motores,

válvulas, válvulas proporcionales y variadores de velocidad.

Para el control eficaz del esterilizador, todos los equipos deben estar energizados y

funcionando correctamente, de lo contrario no se asegura que el equipo tenga un

funcionamiento adecuado. Desde la HMI se puede controlar todos los actuadores de un

modo manual o automático, igualmente se cuenta con pantallas muy completas para

facilitar el uso del equipo al operador y así asegurar el correcto uso del esterilizador.

5.2 Obligaciones

Los fabricantes de alimentos están siempre obligados a mantener altos estándares de

higiene y calidad; Esto se aplica tanto para líneas de producción, tanques de preparación

o tanques de almacenamiento. Esta obligación puede considerarse en tres epígrafes.

5.2.1 Obligaciones comerciales

Los productos buenos, sanos y limpios que se mantienen bien y están libres de peligros

para la salud son obviamente buenos para el comercio; Los clientes comprarán el

mismo producto otra vez. Sin embargo, si un producto está contaminado, no se

mantiene bien o es objeto de quejas a las autoridades, lo contrario es cierto, y la

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publicidad resultante es muy perjudicial. Los efectos potenciales de una mala limpieza,

normas deficientes y mala calidad deben tenerse en cuenta en todo momento.

5.2.2 Obligación moral

La mayoría de los clientes que consumen los productos nunca ven la fábrica o cómo

se manejan los productos. Confían en la compañía, confían en su reputación y dan por

sentado que las operaciones se llevan a cabo bajo las condiciones más limpias por

personal bien entrenado que está continuamente consciente y consciente de estos

factores.

5.2.3 Obligación comercial

La ley intenta proteger al cliente y al comprador con respecto a la salud y la calidad.

El incumplimiento de las obligaciones legales, nacionales o locales, puede resultar en

una acción muy severa, y los procedimientos de enjuiciamiento pueden ser muy

costosos. La prevención es mejor que la cura, y las empresas están obligadas a cumplir

con los requisitos legales y mantener altos estándares. La leche y los productos lácteos

por su naturaleza son medios ideales para el crecimiento de microorganismos,

incluyendo muchos patógenos. Como resultado de esto, hay más legislación sobre la

leche - su producción, manipulación, procesamiento, envasado, almacenamiento y

distribución - que cualquier otro producto alimenticio.

5.3 Arquitectura de Red.

Para el diseño de la arquitectura de red fue usado EtherNet/IP, la abreviatura de

“Ethernet Industrial Protocol” (Protocolo Industrial Ethernet), es una solución abierta

estándar para la interconexión de redes industriales que aprovecha los medios físicos y

los chips de comunicaciones Ethernet comerciales.

A través de la arquitectura NetLinx, Rockwell Automation se ofrece una completa gama

de tecnologías y productos para todo tipo de aplicaciones. La arquitectura de red abierta

NetLinx combina servicios de red con el protocolo CIP (Protocolo de control e

información), así como interfaces de software abiertas para garantizar un flujo eficiente

de la información y de los datos de control a nivel de toda la organización. Está diseñada

para incluir redes de dispositivos, control e información y aportar un medio más

eficiente para combinar redes sin que el rendimiento se vea afectado. Tiene la

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posibilidad de combinar una, dos o las tres redes, en función de los requisitos de su

aplicación.

El protocolo de comunicaciones seleccionado por Rockwell Automation es el CIP

(Protocolo de control e información). Las tres redes de la arquitectura NetLinx utilizan

este protocolo para la comunicación. La parte de control del CIP se utiliza para la

transmisión de mensajes de E/S en tiempo real (transmisión de mensajes implícita). La

parte de información del CIP se utiliza para el intercambio de mensajes y se denomina

también transmisión de mensajes explícita.

En este proyecto para la topología de red se usa una topología estrella por su rapidez,

eficiencia y centralización de la red, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Arquitectura de Red.

13

5.4 Listado de Hardware

Para el desarrollo de este proyecto de automatización se requirió comprar un controlador

con módulos de señales digitales y analógicas que satisfagan la cantidad de señales que

son usadas en esta clase de equipos de proceso, en la siguiente tabla se muestra la

cantidad y descripción del hardware usado:

Item Referencia Descripción Cant.

1 1769-L30ER Controller CompactLogix Dual Ethernet w/DLR capability, 1MB

Memory, 8 I/O Expansion, 16 Ethernet IP Nodes. Controllers are

shipped with 1GB SD card and can support up to 2GB SD card. 1

2 769-PA4 Fuente de alimentación para CompactLogix a 110/220 vca,

(4a/5v, 2a/24 vcc) 1

3 1769-ECR- Terminador final derecho para Compactbus. 1

4 1769-IQ32 Módulo de entradas digitales x32 a 24 Vcc. 2

5 1769-OB32 Módulo de salidas digitales x32 a 24 Vcc. 2

6 1769-IF8 Módulo de entradas analógicas de 8 canales, configurable para

corriente/voltaje. 2

7 1769-OF4 Módulo de salidas analógicas de 4 canales, configurable para

corriente/voltaje. 2

8 2711P-

T10C21D8S PanelView Plus 7 Graphic Terminal 1

9 1783-US5T Stratix 2000 Switch, Unmanaged, 5 Copper Ports 1

10 700-

HLT1Z24 Relé electromecánico, SPDT (1 C/O), w/ Terminales de tornillo,

24V DC, 64

11 700-TBJ20G Jumper Link, 20-Way, Gray 1

12 60252100 Bandeja malla 60mm x 100mm x 3.0mts (CabloFil) 5

Tabla 1. Listado de Hardware.

14

5.5 Listado de I/Os

En la siguiente tabla se muestra el listado de entradas digitales conectadas en dos

módulos 1769-IB32 (Módulo de entradas digitales x32 a 24 Vcc), ubicados en los slots

número 1 y 2 del rack del PLC. Además, esta descrito la ubicación de conexión eléctrica

de cada una de estas señales:

ENTRADAS DIGITALES

Marquilla

cableado Descripción

Dirección

Entrada

100 Centrifugal Pump fault signal Local:1:I.Data.0

101 Hot pump failure signal Local:1:I.Data.1

102 Fault signal booster Local:1:I.Data.2

103 Fan fault signal Local:1:I.Data.3

104 QV7 switching signal Local:1:I.Data.4












120 Emergency Stop Local:1:I.Data.16

130 Ready for presterilization Local:1:I.Data.17

131 Filler Ready for production Local:1:I.Data.18

132 Ready for CIP Local:1:I.Data.19

133 Presterilizing temperature > 120ºC Local:1:I.Data.20

134 Filling Machine signal 5 Local:1:I.Data.21









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Tabla 2. Listado de entradas digitales.

A continuación, en la tabla 3 se presenta el listado de salidas digitales conectadas en dos

módulos 1769-IQ32(módulos de salidas digitales x32 a Vcc), ubicados en los slots

número 3 y 4 del rack del PLC.

SALIDAS DIGITALES

Marquilla

cableado

Elemento

Tablero Descrpción Dirección Salida

200 KM1 Centrifugal pump Local:3:O.Data.0

201 KM2 Hot water pump Local:3:O.Data.1

202 KM3 Booster pump Local:3:O.Data.2

204 1KA1 Spare 1 Local:3:O.Data.3




210 1KA5 Cooling Tower Local:3:O.Data.7

211 1KA6 Homo Oil Pump signal Local:3:O.Data.8

212 1KA7 Inlet pump singal Local:3:O.Data.9

213 1KA8 Homogenizer singal Local:3:O.Data.10

214 1YV1 QV2 Local:3:O.Data.11


216 1YV3 B5 Alkaline pump Local:3:O.Data.13

217 1YV4 B4 Acid pump Local:3:O.Data.14








148 Feedback Motor Contactor Hot Water pump Local:2:I.Data.1

149 Feedback Motor Contactor Booster pump Local:2:I.Data.2

150 Feedback Motor Contactor Inlet Pump Local:2:I.Data.3

151 Fault signal Inlet Pump Local:2:I.Data.4

152 Feedback Motor Contactor Homo Oil Pump Local:2:I.Data.5

153 Fault signal Inlet Pump Local:2:I.Data.6

154 Feedback Motor Contactor Local:2:I.Data.7

155 Pressure Switch Local:2:I.Data.8

156 Signal Automatic homo Local:2:I.Data.9

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244 BEACON Red light Local:4:O.Data.1

245 BEACON Yellow light Local:4:O.Data.2

246 BEACON Green light Local:4:O.Data.3

247 BEACON Siren Local:4:O.Data.4

SIGNALS TO ELECSTER

250 1KA9 Sterilization signal Local:4:O.Data.5

251 1KA10 Production signal Local:4:O.Data.6

252 1KA11 AIC Signal Local:4:O.Data.7

253 1KA12 CIP signal Local:4:O.Data.8

254 1KA13 End of production Local:4:O.Data.9

Tabla 3. Listado de salidas digitales.

Para adquirir las señales generadas por todos los transmisores del equipo fue necesario

la instalación de un módulo en entradas análogas ubicado en el Slot 5, en la siguiente

tabla se muestran los transmisores a cada canal de este módulo:

ENTRADAS ANÁLOGAS

Marquilla cableado

Descripción Dirección Entrada

300-301 Flow transmitter – FT02 Local:5:I.Ch0Data

302-303 Flow transmitter – FT02 Local:5:I.Ch1Data

306-307 Spare Local:5:I.Ch2Data

304-305 Level transmitter – LT01 Local:5:I.Ch3Data

310-311 Temperature transmitter - TE01 Local:5:I.Ch4Data



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324-325 Spare A Local:6:I.Ch2Data

326-327 Spare B Local:6:I.Ch3Data

Tabla 4. Listado de entradas analógas.

Finalmente, en la tabla 5 se observan el listado de señales de salidas análogas que fueron

necesarias para el correcto control de ciertas variables de proceso.

SALIDAS ANÁLOGAS

Marquilla

cableado Nombre PLC Dirección Salida

400-401 Steam regulating valve Local:7:O.Ch0Data

410-411 Cooling regulating valve Local:7:O.Ch1Data

420-421 VFD_Product Pump Local:7:O.Ch2Data

430-431 VFD_Homogeneizer Local:7:O.Ch3Data

Tabla 5. Listado de salidas análogas.

Nota: La direcciones que no están señaladas en las tablas indican que están libres

para futuros cambios o adición de módulos de control al equipo.

5.6 Descripción de proceso.

El equipo se divide en varias actividades que serán ejecutadas dependiendo la fase que

se desee realizar. Estas fases son: CIP principal, CIP intermedio (AIC), Esterilización,

Agua estéril (circulación de agua) y producción, estas fases se realizan para que

garanticen un producto higiénico tratado a ultra alta temperatura que cumpla con los

parámetros de calidad e inocuidad de acuerdo con las normas internas y legales vigentes.

5.6.1 Fase CIP (Cleaning in Place)

El sistema de limpieza CIP (Cleaning in place) es un sistema de lavado automático, es

decir sin desmontaje del equipo de producción, que consiste en recircular la solución

de limpieza a través de los componentes de la línea de proceso como tuberías,

intercambiadores de calor, bombas, válvulas, etc.

Se considera CIP principal o largo a un lavado realizado con adición de soda y acido

cuando el equipo supera el tiempo de producción dependiendo el producto o si se

presenta problemas en el sistema y consecuente a esto se baja programa. Para ser

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iniciado el CIP principal se debe tener ciertas condiciones iniciales que son mostradas

en la HMI, para que el lavado se complete satisfactoriamente se deben cumplir las

concentraciones de soda y acido, que son las que muestran que el equipo está listo para

ser usado para esterilización.

Se considera CIP intermedio a un lavado realizado con adición de soda únicamente,

este lavado se realiza para alargar el tiempo de producción de una receta (producto).

Nota: Una vez terminada la fase de CIP, se debe realizar por parte del laboratorio

de microbiología un frotis de lighting en el tubo de retención para liberar el

equipo e iniciar ciclo de esterilización. Además, las frecuencias de lavados tanto

CIP principal y CIP intermedio, los debe validar las personas encargadas de

calidad.

Para cualquier tipo de lavado se debe primordialmente cumplir la conductividad y

temperatura de las soluciones químicas, pero además de esto es esencial cumplir los

tiempos de recirculación de estas soluciones manteniendo la conductividad y

temperatura establecida, estos parámetros son entregados por el personal de calidad de

cada compañía. Sin embargo, para que pueda ser ejecutada la fase de CIP se debe

cumplir ciertas condiciones iniciales y verificar que ninguna alarma este activa en el

equipo. A continuación, se describen estas condiciones iniciales que se deben cumplir,

así mismo las alarmas que no deben estar presentes.

Condiciones Iniciales

• Ninguna otra fase en operación (Fase de esterilización, Fase de producción o

Fase de recirculación de agua).

• Ningún elemento en modo manual.

• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para CIP.

Alarmas

• Disparo de guardamotores de bombas del equipo.

• Paro de emergencia activo

• Baja presión de aire

En la siguiente tabla se muestra el listado de pasos que se deben ejecutar en la fase de

CIP de acuerdo al tipo de lavado que se quiera realizar en el equipo:

19

Pasos Fase de CIP (Cleaning in place)

Número de paso Nombre de paso

0 En espera o inactivo

LA

VA

DO

CO

RT

O

LA

VA

DO

LA

RG

O

5 Llenado tanque de balanza

10 Enjuague inicial


20 Calentamiento

25 Adición soda cáustica

30 Medición de conductividad

35 Circulación de soda cáustica

38 Vaciado tanque de balanza

40 Enjuague intermedio


50 Calentamiento

55 Adición de ácido nítrico

58 Medición de conductividad

60 Circulación de ácido nítrico


70 Enjuague Final

75 Parada homogeneizador P

AS

OS

GE

NE

RA

LE

S

80 Drenaje

127 Fase completa

Tabla 6. Listado de pasos en la fase de CIP.

Descripción detallada de pasos:

Paso 0 (En espera o inactivo): Es el paso inicial de la secuencia, donde se evalúan

que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa.

Para pasar al siguiente paso se debe presionar el botón de inicio de fase de CIP.

Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Se activa la válvula de entrada de agua potable

al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque alcance el

valor de referencia de nivel alto ingresado.

Paso 10 (Enjuague inicial): En este paso, se activa la ruta hacia el drenaje con el fin

de lavar los módulos de control y tubería, retirando de gran medida el producto (leche)

retenido en los mecanismos mencionados anteriormente. Este enjuague se realiza con

20

el agua almacenada en el tanque de balanza, si el nivel del tanque de balanza es menor

a el valor de referencia de nivel bajo, se activa nuevamente la válvula de agua potable

para llenar de nuevo el tanque, esto se realiza durante un predeterminado tiempo. La

transición al siguiente paso es el tiempo cumplido y nivel bajo del tanque de balanza.

Paso 18 (Llenado tanque de balanza): Se realiza las mismas acciones que en el paso

5.

Paso 20 (Calentamiento): El esterilizador entra en funcionamiento recirculando el

agua almacenada en el tanque de balanza, inmediatamente se activa el PID de

temperatura, para alcanzar el valor de referencia de temperatura ingresado

previamente.

Paso 25 (Adición de soda cáustica): Ya teniendo la temperatura establecida se

dispone a adicionar soda cáustica con ayuda de una bomba neumática dosificadora

durante cierto tiempo. Se debe calentar inicialmente el agua ya que la conductividad

de los detergentes como la soda cáustica varía a causa del cambio de temperatura.

Paso 30 (Medición de conductividad): Ya que el equipo no cuenta con un transmisor

de conductividad, se debe medir manualmente por el operador tomando una muestra

de la solución preparada y realizar su posterior medición en el laboratorio, si se evalúa

que la cantidad de detergente alcalino no es suficiente para alcanzar el valor de

referencia de conductividad introducido, la bomba dosificadora encenderá por ciclos

de tiempo hasta alcanzar el valor de referencia.

Paso 35 (Circulación de soda cáustica): Debido a que el detergente alcalino ha sido

preparado manteniendo la temperatura y conductividad deseada, se da inicio a la

recirculación de la solución durante cierto tiempo. Si durante este tiempo la

conductividad o temperatura se reducen el tiempo se detiene hasta que estos valores

incrementen nuevamente.

El detergente alcalino se hace circular en el sistema para eliminar la suciedad orgánica,

como proteínas y grasas.

Paso 38 (Vaciado tanque de balanza): Al cumplirse el tiempo de circulación de soda

cáustica se da inicio a este paso el cual consiste en vaciar la solución de soda cáustica

contenida en el esterilizador hacia el drenaje. Esta acción se finaliza hasta que el tanque

de balanza indique nivel bajo y transcurra un tiempo adicional para vaciar

completamente el equipo.

21

Paso 40 (Enjuague intermedio o enjuague de soda): En este paso, se sigue

manteniendo la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza

y haciendo fluir el agua contenida al drenaje, con el fin de lavar los módulos de control

y tubería que contienen trazos del detergente previamente recirculado. El tiempo de

este paso varia dependiendo del porcentaje de concentración de la solución química

preparada.

Paso 48 (Llenado tanque de balanza): Se realiza las mismas acciones que en el paso

5 y 18.

Paso 50 (Calentamiento): De la misma forma que el paso 20 se realiza las mismas

acciones que en el paso 20 (Calentamiento).

Paso 55 (Adición de ácido nítrico): Ya teniendo la temperatura establecida se dispone

a adicionar ácido nítrico con ayuda de una bomba neumática dosificadora durante

cierto tiempo. Al igual que la soda cáustica el ácido nítrico varia su conductividad

debido al cambio de temperatura, así que se debe previamente calentar el agua con el

que se va a mezclar el detergente para evitar variaciones de conductividad.

Paso 58 (Medición de conductividad): De manera semejante que el paso 30 se debe

medir manualmente la conductividad de la solución preparada, por el operador

tomando una muestra de la solución preparada y realizar su posterior medición en el

laboratorio, simultáneamente el equipo permanece recirculando la solución hasta que

el operador ratifique que la conductividad es correcta, si por lo contrario se evalúa que

la cantidad de detergente no es suficiente para alcanzar el valor de referencia de

conductividad introducido, la bomba dosificadora encenderá por ciclos de tiempo

hasta alcanzar el valor de referencia.

Paso 60 (Circulación de ácido nítrico): Debido a que el detergente ácido ha sido

preparado manteniendo la temperatura y conductividad deseada, se da inicio a la

recirculación de la solución durante cierto tiempo. Si durante este tiempo la

conductividad o temperatura se reducen el tiempo se detiene hasta que estos valores

incrementen nuevamente.

El detergente ácido circula más comúnmente a través de la planta para disolverse

depósitos minerales y depósitos de cal causados por agua dura. La frecuencia de

aplicar un paso ácido depende de si las superficies están calientes o frío, el tipo de

comida y la calidad del agua. Por ejemplo, es común solo aplique un paso ácido una

22

vez a la semana en superficies frías de lácteos, pero esto finalmente lo define el

personal de calidad de cada empresa.

Paso 68 (Vaciado tanque de balanza): De la misma manera que el paso 38 se

efectúan las mismas acciones de control.

Paso 70 (Enjuague final o enjuague de ácido): En este paso, se sigue manteniendo

la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza y haciendo

fluir el agua contenida al drenaje. Luego se usa esta agua para purgar el detergente

ácido retenido en los en las superficies de los módulos de control y tubería del equipo.

El enjuague final con agua también debe garantizar que se eliminen completamente

los residuos de detergente y solo dejar residuos de agua en la planta sin ningún índice

de concentración.

Paso 75 (Parada de homogeneizador): Debido a que el homogeneizador debe

mantener una presión constante no se puede realizar un cambio brusco de velocidad

ya que esto puede generar el deterioro o en algunos casos el rompimiento de los

empaques del equipo, por esta razón se realiza una reducción de velocidad controlada

en el equipo.

Paso 80 (Drenaje): En este paso se vacía completamente el equipo para dejarlo listo

para la fase de esterilización.

Paso 127 (Fase completa): Finalmente, es el último paso donde se guarda la memoria

de equipo lavado y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado

de espera.

5.6.2 Fase AIC (Aseptic intermediate cleaning).

La limpieza aséptica intermedia (AIC) se puede realizar para prolongar el tiempo de

producción entre CIP completos. Cuando la fase de AIC se selecciona, el producto se

desplaza con agua estéril antes de que comience la limpieza. Durante las secuencias

de AIC, el tubo de retención se mantiene a la temperatura de esterilización,

manteniendo estériles las partes asépticas de la unidad. El AIC puede ser realizado

solamente con soda cáustica.

Para la inicialización de la esta fase de deben cumplir con las siguientes condiciones

iniciales y verificar que las alarmas no estén activas.

23


• Fase de agua estéril en ejecución.


• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para AIC.

Alarmas




Pasos Fase de AIC (Aseptic Intermediate Cleaning) Número de

paso Nombre de paso


5 Llenado de tanque de balanza

20 Adición de soda cáustica

30 Medición de concentración

35 Circulación de soda cáustica


40 Enjuague intermedio


90 Inicio fase recirculación de agua estéril

127 Fase completa

Tabla 7. Listado de pasos en la fase de AIC.



que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa.

Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de inicio de fase de AIC.

Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Se activa la válvula de entrada de agua potable

al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque alcance el

valor de referencia de nivel alto ingresado.

24

Paso 20 (Adición de soda cáustica): En vista de que la limpieza intermedia aséptica

mantiene la temperatura de operación de producción para evitar perdida de esterilidad

en el equipo, se debe adicionar soda cáustica con ayuda de una bomba neumática

dosificadora durante cierto tiempo. Posiblemente el consumo del detergente alcalino

puede ser mayor a causa de que la temperatura es mayor a comparación de un CIP.

Paso 30 (Medición de conductividad): Se debe medir manualmente la conductividad

por el operador tomando una muestra de la solución preparada y realizar su posterior

medición en el laboratorio, si se evalúa que la cantidad de detergente alcalino no es

suficiente para alcanzar el valor de referencia de conductividad introducido, la bomba

dosificadora encenderá por ciclos de tiempo hasta alcanzar el valor de referencia.

Paso 35 (Circulación de soda cáustica): En este paso se recircula la solución alcalina

hasta cumplirse el tiempo ingresado. Si durante este tiempo la conductividad se reduce

el tiempo se detiene hasta que este valor de temperatura incremente nuevamente.

Paso 38 (Vaciado tanque de balanza): Al cumplirse el tiempo de circulación de soda

cáustica se da inicio a este paso el cual consiste en vaciar la solución de soda cáustica

contenida en el esterilizador hacia el drenaje. Esta acción se finaliza hasta que el tanque

de balanza indique nivel bajo y transcurra un tiempo adicional para vaciar

completamente el equipo.

Paso 40 (Enjuague intermedio o enjuague de soda): En este paso, se sigue

manteniendo la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza

y haciendo fluir el agua contenida al drenaje, con el fin de lavar los módulos de control

y tubería que contienen trazos del detergente previamente recirculado. El tiempo de

este paso varía dependiendo del porcentaje de concentración de la solución química

preparada.

Paso 80 (Llenado tanque de balanza): Se llena el tanque de balanza hasta alcanzar

el nivel alto del tanque.

Paso 90 (Inicio fase recirculación de agua estéril): Teniendo el equipo limpio,

automáticamente inicia la fase de recirculación de agua estéril para seguir manteniendo

las condiciones de esterilidad en el equipo.

25


de equipo lavado y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado

de espera de la fase de AIC.

5.6.3 Fase esterilización

La fase de esterilización (UHT) se caracteriza por la reducción en gran medida el

número de microorganismos presentes en alimentos como la leche o los zumos, sin

cambiar sus propiedades nutricionales.

Para este proceso se utiliza un sistema de calentamiento directo, que sólo se utiliza a

temperaturas muy altas, se inyecta vapor saturado por medio de un intercambiador de

placas y así calentar un circuito de agua caliente que circula por un intercambiador de

tubo concéntrico, de esta forma la temperatura del producto puede ser entonces

elevado a 140 ºC y el producto se debe mantener a esta temperatura de esterilización

durante varios segundos dependiendo el tipo de retención que tenga el equipo. El

producto se enfría posteriormente pasándolo a través de varios intercambiadores de

calor y luego entregado a la máquina de llenado.

En esta fase también se deben cumplir con unas condiciones iniciales y la revisión del

estado de algunas alarmas que no permiten la ejecución de esta fase, estas condiciones

iniciales y alarmas son mencionadas a continuación:


• Ninguna otra fase en operación (Fase de CIP o Fase de producción).

• Estado incorrecto del equipo “Equipo sucio”


• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para Esterilización.

Alarmas




Para realizar este proceso de esterilización se debe cumplir con una secuencia de pasos,

este listado de pasos es mostrado en la siguiente tabla:

26

Pasos Fase de esterilización

Número de paso Nombre de paso

0 En espera o Inactivo


10 Llenado de sistema

15 Precalentamiento

20 Calentamiento

30 Esterilización

35 Enfriamiento 0

40 Enfriamiento 1

50 Enfriamiento 2

60 Estabilización

100 Inicio circulación de agua estéril.

127 Fase completa

Tabla 8. Listado de pasos en la fase de esterilización.



que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa

(mencionados anteriormente). Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de

inicio de fase de esterilización.

Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Al darse inicio a la fase, se activa el presente

paso el cual toma la acción del llenado del tanque de balanza con la válvula de entrada

de agua potable al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque

alcance el valor de referencia de nivel alto ingresado.

Paso 10 (Llenado de sistema): Se da inicio al llenado del esterilizador, recirculando

el agua almacenada en el tanque de balanza, si el agua almacenada no es suficiente

para llenar el equipo se activa el control de nivel del tanque de balanza para satisfacer

al equipo con el agua que necesita.

Paso 15 (Precalentamiento): Dado que el equipo está completamente lleno, se da

inicio al precalentamiento del equipo, donde la válvula proporcional de entrada de

vapor da una apertura del 100%. Esto con el fin de alcanzar el valor de referencia

ingresado en temperatura 90°C, si esta temperatura no es alcanzada en 120 segundos

27

pasará automáticamente al siguiente paso (En condiciones normales del equipo esta

temperatura es alcanzada).

Paso 20 (Calentamiento): En este paso, se activa el PID de temperatura de

calentamiento, para alcanzar el valor de referencia de temperatura esterilización

ingresado previamente por el operador (140°C) y realizar el correspondiente control

de esta variable de proceso. Este paso tiene una duración de 1000 segundos.

Paso 30 (Esterilización): Alcanzada previamente la temperatura de esterilización, se

debe mantener aproximadamente durante 1800 segundos (30 minutos), que es el

tiempo minino por normativa para eliminar los microorganismos que pueden causar

descomposición o contaminación al producto. Si por alguna circunstancia durante este

lapso de tiempo la temperatura cae por debajo del valor de referencia de esterilización

+ la banda de operación (Histéresis), el equipo regresa al paso anterior de

calentamiento.

Paso 35 (Enfriamiento 0): Transcurrido el tiempo de esterilización, se da inicio a la

etapa de enfriamiento para el control de temperatura de salida del producto. En el

enfriamiento 0 se da apertura a la válvula de agua de torre para el primer

intercambiador de calor de esta etapa. Este paso dura aproximadamente 120 segundos.

Paso 40 (Enfriamiento 1): Se activa el PID de temperatura de enfriamiento (variable

de control – válvula proporcional de entrada de agua helada) en el intercambiador de

calor de placas número 2. El valor de referencia de este paso para el PID es de 50°C,

esto con el propósito de evitar cambios bruscos de temperatura en las placas del

intercambiador. Se mantiene la entrada de agua de torre en el intercambiador de calor

1.

Paso 50 (Enfriamiento 1): Se mantiene activa la apertura de agua industrial y el lazo

de temperatura de enfriamiento, pero en este paso el valor de referencia se disminuye

a 25°C, que es la temperatura ideal de envasado.

Paso 60 (Estabilización): Al ser alcanzada la temperatura de salida de producto se

debe mantener esta temperatura, junto a la temperatura de esterilización durante cierto

tiempo, para evidenciar que el equipo se comportable estable bajo estas dos

condiciones de temperatura en sus correspondientes etapas de calentamiento y

enfriamiento. Este tiempo de estabilización es de 600 segundos (10 minutos).

28

Paso 100 (Inicio de circulación de agua estéril): Al ser cumplido el tiempo de

estabilización el equipo activa automáticamente la fase de circulación de agua estéril.


de equipo estéril y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado

de espera.

5.6.4 Fase de circulación agua estéril

Esta fase se caracteriza en recircular agua por todo el equipo, pero manteniendo las

condiciones de esterilidad, la fase únicamente se activa automáticamente cuando se

finalizan las fases de lavado intermedio, esterilización, producción, pero se tiene que

tener en cuenta porque condición en pasa a proceso de agua estéril.

Esta fase solo cuenta con un paso donde se recircula agua potable manteniendo las

condiciones de esterilidad (Temperatura >= temperatura de producción). Esta fase se

activa automáticamente cuando la fase de esterilización se completa, a la espera de las

acciones del operador del equipo; así mismo cuando se presenten inconvenientes con

el suministro de producto o falencias en la maquina llenadora en la fase de producción.

5.6.5 Fase de producción

La fase de producción puede ser usada siempre y cuando el estado del equipo sea

lavado y estéril. En esta fase se caracteriza por mantener las temperaturas de

esterilización, temperatura de salida de producto con un flujo establecido.

Si el suministro del producto falla o se detiene en un llenado se produce la máquina,

la unidad entra en circulación de agua estéril.

De manera semejante que las otras fases, se debe cumplir con ciertas condiciones

iniciales y la verificación del estado de las alarmas, las cuales para esta fase son:


• Fase de circulación de agua estéril en operación.

• Equipo estéril.


29

• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para producción.

Alarmas




En la siguiente tabla se presenta el listado de pasos presentes en la fase de producción:

Pasos Fase de producción Número de

paso Nombre de paso



10 Llenado de sistema con producto

15 Producción

45 Recuperación de producto - Vaciado tanque

50 Empuje a drenaje

54 Empuje a drenaje

100 Inicio circulación de agua estéril

110 Llenadora no disponible

127 Fase completa

Tabla 9. Listado de pasos en la fase de producción.


En la fase de producción se mantienen activos los lazos de temperatura de

calentamiento y enfriamiento.


que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa

(mencionados anteriormente). Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de

inicio de fase de producción, al dar inicio la fase de producción la memoria de equipo

limpio se borra.

Paso 5 (Vaciado tanque de balanza): Se activa la ruta hacia el drenaje para vaciar la

mayor cantidad de agua presente en el esterilizador, este paso finaliza cuando el nivel

del tanque de balanza alcanza el valor de referencia de nivel bajo.

30

Paso 10 (Llenado del sistema con producto): Se da apertura a la válvula de entrada

de producto al tanque de balanza, manteniendo la ruta hacia el drenaje durante un

tiempo establecido con el objetivo de realizar un empuje al agua almacenada en el

equipo. Al cumplirse este tiempo se ha desechado el agua en el equipo se activa

automáticamente el siguiente paso.

Paso 15 (Producción): Este es el paso de producción donde se activa la ruta de salida

hacia la envasadora (Elecster), conservando las condiciones óptimas de temperatura y

flujo para el correcto funcionamiento del equipo.

Paso 45 (Recuperación de producto - Vaciado tanque): El paso actual puede ser

activo manualmente por el operador con el comando de finalización de producción o

automáticamente si la maquina envasadora presenta algún problema de operación. Este

consiste en recuperar el producto que se encuentra en el sector de la llenadora. Además,

se vacía el tanque de balanza que contiene producto hasta alcanzar el nivel bajo del

tanque activando la ruta de retorno al tanque de suministro de producto.

Paso 50 (Recuperación de producto): Se mantiene la ruta de retorno desde la

llenadora y la ruta hacia el tanque de suministro de producto, hasta vaciar

completamente el tanque de balanza; al vaciar el tanque se activa el control de nivel

del tanque de agua para evitar el vaciado completo de ningún fluido en el equipo.

Paso 54 (Empuje a drenaje): Se activa la ruta hacia el drenaje para drenar el producto

restante en el equipo.

Paso 100 (Circulación de agua estéril): Teniendo el equipo nuevamente lleno con

agua, automáticamente inicia la fase de recirculación de agua estéril para seguir

manteniendo las condiciones de esterilidad en el equipo.

Paso 110 (Llenadora no disponible): Este paso se activa cuando el equipo se

encuentra en el paso de producción y la llenadora presenta algún problema de

operación, por consecuencia no puede continuar en producción.

Paso 127 (Fase completa): Se da por completada la fase de producción.

Nota: Bajo cualquier circunstancia si la temperatura de esterilización disminuye

a comparación del valor de referencia de temperatura de esterilización, el equipo

borrará el estado de equipo estéril y se procederá al apagado automático por

31

perdida de condiciones de esterilidad, es decir que el equipo debe ser lavado e

iniciar la fase de esterilización nuevamente (tiempo aproximado 4 horas).

Para evitar problemas con la pérdida de fase de producción se debe verificar que

todos los servicios industriales (vapor, agua de torre, agua helada) estén

trabajando correctamente.

6. DESCRIPCIÓN PROGRAMA PLC.

El sistema cuenta con un controlador CompactLogix 1769-L30ER, que contiene una

tarjeta de red Ethernet dual con capacidad DLR, memoria de 1 MB, capacidad de 8

módulos locales de expansión, 16 nodos IP de Ethernet y un puerto USB incorporado

proporciona acceso fácil para descargas de firmware y programación. Para satisfacer la

cantidad de señales usadas en el equipo se requirió de 7 módulos locales de expansión

que están descritos en el capítulo 5.4 o mostrados en la siguiente figura 2.

Para el programa desarrollado en el PLC fue usado el software Studio 5000 en versión

28 por petición del cliente.

Figura 2. Configuración Hardware en PLC.

32

6.1 Descripción de tareas.

Para el desarrollo de la estrategia de control y desarrollo de la lógica de control en el

PLC fue necesario la división del programa en tres tareas. Un controlador Logix 5000

admite múltiples tareas para programar y priorizar la ejecución de sus programas según

criterios específicos. Esto equilibra el tiempo de procesamiento del controlador,

teniendo en cuenta esto, una de estas tareas creadas se configuró como tarea continua y

las otras dos como tareas periódicas, como se muestra en la figura 3.

La diferencia entre estos dos tipos de tareas se describe a continuación:

Tareas continuas

• Una tarea continua se ejecuta en segundo plano continuamente todo el tiempo.

• Cualquier tiempo de CPU no asignado a otras operaciones (como movimiento,

comunicación y tareas periódicas o de eventos) se usa para ejecutar programas

dentro de una tarea continua.

• Una tarea continua se reinicia inmediatamente después de completar un análisis

completo.

• Un proyecto no requiere una tarea continua, pero si se usa solo se permite uno.

Tareas Periódicas

• Una tarea periódica realiza una función en un período de tiempo específico.

• Una tarea periódica puede ejecutarse varias veces dentro del análisis de la

lógica.

• Cuando se produce un tiempo de espera que da paso a una tarea periódica para

comenzar, la tarea periódica:

• Interrumpe cualquier tarea de menor prioridad.

• Se ejecuta una vez y luego regresa el control a donde se dejó la tarea anterior

• Se puede configurar una tarea periódica para un período de tiempo, es decir, 0.1

ms… 2000 s (el valor predeterminado es 10 ms).

33

Figura 3. Organización de tareas del controlador.

6.1.1 Tarea 1. MainTask (Tarea continua).

Esta tarea cuenta con dos programas, uno de ellos con el nombre Control_Modules

donde se realiza la configuración y de todos los módulos de control del esterilizador.

Por otra parte, el programa PLC_Aux contiene las funciones auxiliares usadas

alrededor de todo el programa

34

Figura 4. Configuración Tarea 1 - Maintask.

6.1.2 Tarea 2. Phases (Tarea periódica).

Debido a la prioridad que debe tener la ejecución de las fases sobre otras acciones, fue

necesario configurarla como una tarea periódica como se muestra en la figura 6. Esta

tarea contiene dos programas.

El primer programa con el nombre de Ultrapast, que tiene como propósito general

controlar las siguientes fases de equipo anteriormente descritas. Estas fases son

controladas con un secuenciador y decodificador de pasos, el cual da las garantías de

que cada fase funcionen de una forma adecuada. El programa contiene 14 rutinas

donde se realiza la programación de las fases y existen rutinas para acciones

específicas como lo son:

• Alarmas.

• Recetas.

• Activación de lazos.

• Activación de salidas de los actuadores.

• Estado general del equipo.

35

Figura 5. Configuración Tarea 2 - Phases.

El segundo programa solo comprende una rutina, donde se establecen las señales de

comunicación entre la llenadora marca Elecster y el esterilizador.

Figura 6. Propiedades de tarea periódica - Phases.

36

6.1.3 Tarea 3. PID´s (Tarea Periódica).

De manera semejante que la tarea 2, la tarea 3 es una tarea periódica ya que es

primordial que se ejecute con una menor prioridad y menor tiempo de ejecución, para

la recepción más rápida de los datos de las entradas análogas y el eficiente control de

los controladores PID´s

Figura 7. Propiedades de tarea periódica - PID.

En la tarea PID dispone de 4 programas, tres de ellos realizan la configuración de los

lazos existentes en el equipo:

• FIC01 Lazo para el control de flujo del equipo.

• TIC02 Lazo para el control de temperatura de la etapa de calentamiento.

• TIC04 Lazo para el control de temperatura de la etapa de enfriamiento.

Figura 8. Configuración Tarea 3 – PID.

Finalmente, en el último programa se realiza la configuración y escalización de las

entradas y salidas análogas que son usadas en el equipo.

37

6.2 Add-on instructions (AOI´s)

Los Add-on instruction proporcionan un mecanismo para optimizar conjuntos de lógica

de uso común, proporcionar una interfaz común a esta lógica y proporcionar

documentación para la instrucción.

Las instrucciones complementarias están destinadas a encapsular funciones de uso

común o control de dispositivos. No pretenden ser una herramienta de diseño jerárquico

de alto nivel. Los programas con rutinas son más adecuados para contener código para

el área o los niveles de unidad de su aplicación.

Para este proyecto fue necesario la creación y uso de AOI´s para distintos los distintos

módulos de control y acciones generales usadas en el programa.

6.2.1 AOI Motor

Figura 9. AOI de Motor.

El AOI de Motor (motor de arranque directo) controla un motor de una velocidad sin

inversión en varios modos y monitorea las condiciones de falla.

38

Esta instrucción es usada en el programa para la configuración y control de motores

de una sola velocidad (en funcionamiento o parado). Estos motores usan un equipo de

protección, y otro para proporcionar retroalimentación de funcionamiento.

La instrucción Motor proporciona las siguientes capacidades:

• Comandos para operar en modo operador y mantenimiento.

• Ejecute la retroalimentación y la visualización del estado real del motor.

• Detección de falla de arranque y falla de parada.

• Condiciones permisivas para permitir el arranque.

• Condiciones de enclavamiento para detener el motor o evitar el arranque.

• Entrada para fallas de comunicación de E / S.

• Alarmas por falla de arranque, falla de parada, desconexión de enclavamiento

y falla de E / S.

• Horómetro (Indica el tiempo que ha estado en operación, esto para realizar

control en los mantenimientos de los motores).

Esto con el fin de activar el motor brindando las seguridades correspondientes al

operador y al equipo.

6.2.2 AOI Motor VFD

EL AOI Motor VFD (variador de velocidad) se utiliza para operar un motor de

velocidad variable utilizando un variador (frecuencia variable de CA o CC) en varios

modos, monitoreando las condiciones de falla. Esta instrucción es usada en el

programa para la operación de los motores que están conectados a un variador de

velocidad.

La instrucción Motor_VFD proporciona las siguientes utilidades:

• Operación del motor en modo automático o manual.

• Capacidad para arrancar y detener el variador y el motor, controlar la velocidad

del variador (mediante referencia de velocidad) y monitorear el estado de

funcionamiento del variador y la retroalimentación de velocidad para verificar

que el variador esté funcionando o detenido.

• Las alarmas y la unidad se apagan por Falla en el inicio y falla en la detención

si el

39

• la retroalimentación no sigue el estado ordenado dentro de una configuración

• cantidad de tiempo.

• Escalado de la referencia de velocidad desde unidades de usuario (ingeniería),

como RPM.

• Lectura del variador y visualización de un código de falla, y visualización de

una descripción de falla de texto.

• Indicación del estado de aceleración, desaceleración, a velocidad y advertencia

o alarma tal como se recibe del variador.

• Permisivos (anulables y no anulables) que son condiciones que permiten que

la unidad arranque, y enclavamientos (anulables y no anulables) que son

condiciones.

• Horómetro (Indica el tiempo que ha estado en operación, esto para realizar

control en los mantenimientos de los motores).

Figura 10. AOI de Motor con variador.

6.2.3 AOI Valve

EL AOI Valve (válvula On/Off) se utiliza para operar una valvula controlada por

solenoide, monitoreando las condiciones de falla. Esta instrucción es usada en el

programa para la operación de las válvulas de solenoide que proporcionan la

confirmación de activación mediante un sensor de posición. La válvula puede tener,

40

pero no requiere, retroalimentación del interruptor de límite para uno o ambos

extremos del recorrido.

El AOI Valve proporciona las siguientes opciones:

• Operación en modo manual o automático en cualquier momento dependiendo

de los permisos de usuarios cargado.

• Proporcionar la configuración del estado desenergizado de la válvula: Fallo

abierto o Fallo cerrado (predeterminado).

• Habilitación o deshabilitación de alarmas de la válvula.

• Proporciona una indicación de estado, por activación, por reposo o por falla

del interruptor de límite si los interruptores de límite indican la válvula no está

cerrada, no está abierta y no se mueve.

Figura 11. AOI de Válvula.

6.2.4 AOI Modulant Valve

El AOI Modulant_Valve (válvula de control analógica) manipula una válvula de

control utilizando una señal analógica, y monitorea la válvula mediante una

retroalimentación de posición analógica, si se tiene la retroalimentación de posición

de esta.

El AOI Modulat_Valve proporciona las siguientes opciones:

41

• Operación de la válvula en modo automático o manual.

• Escalado de la referencia de apertura desde unidades de usuario (ingeniería),

como %.

• Indicación del estado de la válvula.

• Bloqueo de equipo por intervención de mantenimiento.

Figura 12. AOI de Válvula proporcional.

6.2.5 AOI Analog in scale

El AOI Analog_In_Scale (entrada analógica) monitorea un valor analógico,

típicamente desde un canal de un módulo de entrada analógica, y proporciona alarmas

cuando el valor analógico excede los umbrales especificados por el usuario (alto y

bajo). La instrucción de entrada analógica también proporciona capacidades para el

escalado lineal de un valor de entrada analógica desde unidades sin procesar (entrada)

a unidades de ingeniería (salida).

El AOI de entradas análogas proporciona las siguientes opciones:

• Escalado lineal desde unidades sin procesar (RAW) a unidades de ingeniería

(EU).

• Alarmas alta, baja, alta-alta, baja-baja y fuera de rango (con banda muerta,

retraso de encendido y retraso de apagado por alarma)

42

Figura 13. AOI de Entrada analógica.

6.2.6 AOI Analog out scale

El AOI Analog out scale (salida analógica) se utiliza para manipular una salida

analógica para controlar un dispositivo de campo, como una válvula de control o un

variador de velocidad mediante señal analógica. La salida responde a una señal de

variable de control (CV) o mediante una asignación manual desde pantalla.

Figura 14. AOI de Salida analógica.

43

El AOI de salidas análogas proporciona las siguientes opciones:

• Escalado lineal desde unidades de ingenieria (EU) a unidades procesadas de

valor digital (RAW).

• Alarmas alta, baja, alta-alta, baja-baja y fuera de rango (con banda muerta,

retraso de encendido y retraso de apagado por alarma)

6.2.7 AOI Secuence Control

El AOI Secuence control (Control de secuencia). Es un secuenciador basado en

modelos de estado, donde se divide el ciclo operativo de una fase del equipo en una

serie de estados. Cada estado es un instante en la operación de la fase en ejecución del

equipo.

Figura 15. AOI Control de secuencia.

44

Como en un modelo de estado, se define lo que hace el equipo bajo diferentes

comandos, como start, hold o stop. No es necesario el uso de todos los estados en las

fases.

El secuenciador cuenta con varios estados de acuerdo a la activación de los comandos

en el programa, en la figura 15 se muestran los comandos de operación en la parte

inferior izquierda del recuadro del AOI, y los estados del secuenciador al lado derecho.

Además, cuenta con un campo, el cual es el número de paso para completar la fase

6.2.8 AOI Step_Decode

El AOI step decode (Decodificador de pasos) funciona junto al secuenciador, este

con el fin de establecer y decodificar el paso actual de la secuencia. Además de esto,

realiza el conteo de tiempo para ciertos pasos que necesitan tiempo como transición

al siguiente paso. En la siguiente figura se muestra el recuadro del decodificador de

pasos y tiempo.

Figura 16. AOI Decodificador de pasos.

45

7. DESCRIPCIÓN PROGRAMA SUPERVISIÓN.

En este capítulo se muestra el manual de operación del esterilizador. El sistema de

supervisión cuenta con una pantalla panel view Plus 7 Standard (Allen Bradley), para

poder controlar el equipo, la aplicación se ha dividido en diferentes pantallas, las cuales

aparecen en la siguiente tabla:

Numero Nombre de la ventana Descripción

01 Proceso La pantalla de proceso es la pantalla

principal donde se muestra un P&ID

del equipo, donde se visualiza el

estado de los actuadores y sensores

que tiene el equipo, además de se

pueden poner los equipos en modo

manual o automático.

02 Panel de control La pantalla de panel de control, se

centralizan todos los botones de fase,

los botones de procesos con la

función de iniciar, parar, continuar,

pausar las fases del proceso.

03 Parámetros esterilización La pantalla parámetros esterilización,

muestra los parámetros que pueden

ser modificados antes de arrancar la

fase de esterilización.

04 Parámetros producción La pantalla parámetros producción,

muestra los parámetros que pueden

ser modificados antes de arrancar la

fase de producción.

05 Parámetros bajar

programa

La pantalla parámetros bajar

programa, muestra los parámetros

que pueden ser modificados antes de

arrancar la fase de bajar programa.

06 Parámetros CIP La pantalla parámetros CIP, muestra

los parámetros que pueden ser

modificados antes de arrancar la fase

de CIP.

07 Condiciones iniciales La pantalla de condiciones iniciales

nos muestra las condiciones que

deben estar presentes antes de

arrancar cada fase, este mensaje se

visualiza con color gris, si alguna de

46

estas no está aparecerá el mensaje de

color azul.

08 Parámetros AIC

(Enjuague intermedio)

La pantalla parámetros AIC, muestra

los parámetros que pueden ser

modificados antes de arrancar la fase

de AIC.

09 Recetas La pantalla de recetas es una

subpantalla de la principal donde se

puede crear, editar, borrar, cargar y t

descargar nuevas y actuales recetas.

Todos los parámetros que contienen

las recetas son parámetros de

producción y algunos de

esterilización.

10 Historial alarmas Muestra el historial en detalle de

todas las alarmas que se han activado

en el equipo durante alguna de las

fases.

11 Tendencias En esta pantalla se puede monitorear

el comportamiento de las

temperaturas más importantes del

equipo.

Tabla 10. Listado de pantallas en HMI.

7.1 Encabezado

Todas las pantallas en la parte superior muestran un encabezado como se muestra en

la Figura 17. Donde se obtiene información actual del equipo, usuario actual y

acceso a las demás pantallas.

Figura 17. Barra de encabezado.

1. Logo Celtar.

2. Hora y fecha actual.

3. Fase Actual, sino no hay ninguna fase en ejecución, está detenido el equipo.

4. Paso actual de la fase que está en ejecución, sino no hay ninguna fase en ejecución

se encuentra “en espera”.

47

5. Barra de usuario.

6. Logo de ibeaser y botón de pantallas.

7.2 Niveles de acceso

Para que el esterilizador pueda ser operado o intervenido se debe ingresar los usuarios

correspondientes, en la Figura 18. Se muestra la barra para el ingreso y cierre de

sesión.

Figura 18. Barra de acceso de usuarios

1. Barra de usuario actual.

2. Botón de inicio de sesión.

3. Botón de cierre de sesión.

El sistema cuenta con dos grupos de usuarios, los cuales poseen permisos diferentes

para la manipulación del sistema de supervisión, estos usuarios son

MANTENIMIENTO y OPERARIO, para ver los permisos de cada uso ver la siguiente

tabla.

USUARIO PERMISOS:

Sin Usuario

“DEFAULT”

- Visualizar estado de actuadores y sensores

del ultrapasteurizador.

- Acceso a pantalla de alarmas.

- Acceso a pantalla de tendencias.

OPERARIO Todos los permisos como “Sin usuario” y

también:

- Iniciar y parar secuencias.

- Seleccionar capacidad del equipo

- Cambiar parámetros de las fases.

- Forzar actuadores en modo manual

- Crear, modificar, guardar, cargar y

eliminar recetas.

MANTENIMIENTO Todos los permisos como “Sin usuario” y

“OPERADOR” pero también:

48

- Cambiar set points para PID.

Tabla 11. Tabla de usuarios y permisos.

7.3 Acceso a pantallas

Para el acceso a las demás pantallas se debe hacer desde la barra de encabezado

principal, presionando el logo de ibeaser se despliega una barra de botones con sus

correspondientes nombres de pantallas, como se muestra en la Figura 19.

Figura 19. Barra de acceso a pantallas.

7.4 Proceso

La pantalla de proceso es la pantalla principal donde se muestra un P&ID del

esterilizador, se visualiza el estado de los actuadores y sensores que tiene el equipo,

además, se pueden cambiar el modo de operación de los módulos de control, modo

manual o automático. En esta pantalla se obtienen todos los valores de cada uno de los

sensores y transmisores del equipo.

49

Figura 20. Pantalla de proceso.

7.4.1 Controles

El control de los actuadores se realiza mediante una ventana que se habilita al hacer

clic sobre el objeto, en dicha ventana, el usuario podrá activar o desactivar la bomba,

motor o válvula que desee. En la Figura 21 se observa un ejemplo de la ventana de

control de una bomba.

Figura 21. Ventana de control de bombas.

50

La Figura 21 corresponde a la ventana de control para bombas, las partes de esta

ventana se especifican a continuación:

1. Título: Nombre de la bomba que se va a manipular.

2. Estado: En esta parte se observa el estado actual de la bomba, el color verde en la

imagen indica que la bomba se encuentra encendida, el color rojo indica que se ha

producido una falla en la bomba y aparecerá un cuadro rojo con la letra F, y el color

gris indica que la bomba se encuentra apagada. Un cuadro amarillo con la letra M

indica que la bomba se está operando en modo Manual, si no aparece este cuadro

significa que se opera en modo automática.

3. Control: En esta parte el usuario podrá activar y desactivar la bomba. El botón

START activará la bomba y el botón STOP la apagará, para esto debe estar activo

el botón de modo MANUAL, el botón AUTO activa el modo automático de

funcionamiento de la bomba, en este modo, los botones START y STOP se

deshabilitan.

4. Habilitar alarmas: En esta sección el usuario puede habilitar o deshabilitar la

visualización de alarmas dela bomba en el sistema de supervisión

5. Menú de alarmas: En esta área se visualiza el estado actual del contactor y

guardamotor de la bomba, así mismo el estado actual de la parada de emergencia.

El color gris indica que no se ha presentado ninguna alarma, y el color amarillo

indica que existe una alarma.

6. Mantenimiento: En esta área, el usuario podrá habilitar o deshabilitar el uso de un

actuador, el botón izquierdo desbloquea el equipo y el botón derecho bloquea el

equipo, de esta manera, cuando un equipo se encuentre en mantenimiento, este se

podrá dejar bloqueado para impedir que sea accionado intencionalmente.

7. Horómetro: Indica el número de horas que lleva actualmente en operación el

actuador. Con el botón de RESET se reinicia el Horómetro.

8. Salir: Este botón permite cerrar la ventana de control que se ha abierto. El usuario

puede abrir simultáneamente varias ventanas.

51

7.5 Panel de control

La pantalla de panel de control, se centralizan todos los botones de cada fase, los botones

de procesos con la función de iniciar, parar, continuar, pausar las fases del proceso.

Además, se encuentran los botones para dirigirse a parámetros de cada fase y

condiciones iniciales de estas.

Figura 22. Pantalla panel de control.

La Figura 22 corresponde a la pantalla del panel de control del ultrapasteurizador, cada

sección de la pantalla se especifica a continuación:

7.5.1 Cuadro de operación.

El cuadro de operación está divido en 3 secciones

1. Botones de control.

En esta zona se ubican los botones de control de fase y control con sus respectivas

imágenes para identificar cada fase.

52

Esterilización

Recirculación de agua

Producción

Apagar o bajar programa

Lavada Principal (CIP)

Lavado intermedio (AIC)

Tabla 12. Tabla botones de control.

Los botones de control pueden estar en varias posiciones dependiendo en el estado

en que se encuentra la fase como se muestra:

Estados de proceso

de la fase

Inactivo

Gris

En ejecución

Verde

Detenido

Gris

Amarillo

Tabla 13. Tabla de estados de fase.

2. Condiciones Iniciales Cada fase contiene un botón de condiciones iniciales, este botón tiene dos estados

como se muestra en la siguiente tabla:

Cuando el botón está en color gris indica que las condiciones

iniciales y fallas de fase se encuentran en correcto estado para

poder ser iniciada la fase correspondiente.

Gris

SI el botón de condiciones iniciales es de color azul, indica que

existe una condición inicial faltante o se encuentra una falla de

fase activa.

Azul

Tabla 14. Tabla de estados de botón de condiciones iniciales.

Al ser presionado el botón de condiciones iniciales se abre una ventana que contiene

información acerca de las condiciones de arranque y fallas de fase como se muestra

en la Figura 23.

53

Figura 23. Pantalla de condiciones iniciales.

La ventana se divide en dos partes, donde en la parte izquierda se muestran las

condiciones iniciales de la fase y en la parte derecha contendrá las falles de fase

que se pueden presentar. De igual forma que el botón los textos tienen dos estados,

donde el color gris indica que la condición inicial está presente y el color azul

representa que hace falta que se de esa condición para poder iniciar la fase.

3. Parámetros

Para ingresar a la ventana de parámetros se debe pulsar el botón “ir a

parámetros”.

Hay una ventana de parámetros para cada fase con parámetros dedicados a la

secuencia específica. En estas ventanas se pueden cambiar los parámetros si se está

ingresado el usuario de OPERARIO o MANTENIMIENTO.

54

Figura 24. Pantalla de parámetros de esterilización.

1. Parámetros: Nombre de parámetros de la fase seleccionada.

2. Valor actual: Muestra el valor actual del parámetro con el que se encuentra

cargado en el PLC.

3. Unidades: En esta parte se visualiza las unidades de medida de cada uno de los

parámetros.

4. Cambio de valor: Con este botón al ser presionado, aparecerá una ventana de

unidades numéricas para hacer el cambio del valor del parámetro.

5. Botón de salida: Cuando se es presionado este botón se retorna a la pantalla de

panel de control.

55

7.5.2 Botones control de fase

Estos se utilizan para llevar a cabo diferentes operaciones tales como la validación

o la cancelación de cualquier fase.

Iniciar

Reiniciar

Detener

Abortar

Finalizar

Pasar paso

Tabla 15. Botones de control de fase.

7.5.3 Memorias del equipo

En esta área se muestran las memorias guardadas por el ultrapasteurizador como

se muestra en la Figura 10, las memorias guardadas son:

1. Equipo Lavado: Esta memoria es activada cuando el equipo realiza un lavado

completo (CIP) o un lavado intermedio (AIC), es decir que indica que el equipo

se encuentra limpio para poder iniciar fases como esterilización o producción. Esta

memoria es borrada recién se inicia producción, lo que indica que el equipo se

encuentra sucio.

2. Equipo estéril: La memoria de equipo estéril se activa cuando el equipo completa

su tiempo de esterilización y recibe la señal de la maquina llenadora de

temperatura mayor a 121°C. Esta memoria es borrada si el equipo pierde

condiciones de esterilización, es decir si la temperatura de retención en las fases

de producción o esterilización es menor a la puesta en el set point de sus

correspondientes guardas de temperatura.

Figura 25. Área de memorias de fases del ultrapasteurizador.

56

7.5.4 Capacidad del equipo

En esta área de la pantalla se selecciona la capacidad en la que se quiere trabajar

en la fase de producción, teniendo en cuenta que el equipo con homogeneizador

está diseñado para una capacidad máxima de 5000 Litros/hora.

7.5.5 Señales de comunicación

Entre ultrapasteurizador y maquina llenadora, existen señales de comunicación

para el inicio de cada una de las fases correspondientes a estos equipos, antes de

iniciar cualquier fase la maquina llenadora tiene que enviar la señal de que esta

lista para iniciar dicha fase y luego de haber iniciado la fase el ultrapasteurizador

envía una señal de conformación de arranque de fase a la maquina llenadora.

Figura 26. Área de señales entre ultrapasteurizador y maquina llenadora.

En la figura 25 se muestra la ventana correspondiente a estas señales, cuando la

señal esta activa se muestra un cuadro con un chulo y cuando la señal esta

inactiva se muestra un cuadro vacío .

7.6 Recetas

En la pantalla de recetas se pueden crear, editar, borrar, cargar, descargar nuevas y

actuales recetas. Todos los parámetros que contienen las recetas son parámetros de las

fases de producción y unos pocos de esterilización.

La pantalla de recetas está dividida en 4 áreas como se muestran en la figura 12 y son:

1. Barra de receta: En esta barra aparece la receta actual cargada en el equipo.

57

2. Selección de recetas: En esta tabla se selecciona la receta que se quiere ser utilizada

para editarla, borrarla, cargarla etc. Con la ayuda de los siguientes botones se puede

hacer la selección de la receta requerida.

Ir a una línea hacia arriba en la lista.

Ir a una línea hacia abajo en la lista.

3. Estado de recetas: En el área de estado de recetas se muestra una barra de estados

el cual indica si la receta fue editada, cargada, creada, eliminada, entre otras.

4. Botones de recetas: En esta tabla hay 7 botones los cuales cada uno de ellos cumple

una función dentro de la ventana de recetas:

• Botón Descargar: Este botón cumple la función de descargar los

parámetros de la receta en el PLC del ultrapasteurizador.

• Botón de cargar: Carga los parámetros del PLC a la HMI.

• Botón nueva receta: Al ser presionado crea una nueva receta y le pide al

operador que le ponga un nombre a esta receta creada, cuando se crea una

nueva receta los parámetros se cargan automáticamente, pero se debe

verificar los valores de los parámetros.

• Botón Guardar: Con este botón se guarda los cambios realizados de los

valores en la tabla de recetas, luego de que sea modificado un parámetro se

debe guardar.

• Botón Actualizar: Actualiza los valores actuales cargados en PLC y los

valores de la receta que esta seleccionada en la tabla de selección de recetas,

estos valores son mostrados en la tabla de recetas.

• Botón Borrar: Elimina la receta que se tenga selecciona en la tabla de

selección de recetas, antes de ser eliminada la HMI pregunta al operador si

está seguro en eliminarla.

• Botón Renombrar: Ayuda para renombrar las recetas.

5. Tabla de recetas: La tabla de receta consta de 3 columnas como se muestra en la

Figura 26.

58

Figura 27. Pantalla de recetas.

La tabla contiene 3 columnas, en la primer columna de izquierda a derecha se tiene

la columna de parámetros, donde se ubica un listado de parámetros para producción

y unos pocos para esterilización, la segunda columna contiene los valores actuales

de la receta actual que está cargada en el PLC y finalmente en la tercera columna,

contiene los valores de parámetros de la receta que esta seleccionada en la tabla de

selección, con esta columna se hacen los cambios de valores de los parámetros de

los valores, para hacer estos cambios se usa la ayuda de los siguientes botones:

Ir a última línea hacia arriba en la lista.

Ir una página hacia arriba en la lista


Ingresar al valor del parámetro.


Ir una página hacia abajo en la lista

Ir a última línea hacia abajo en la lista.

59

Con la ayuda de estos botones se pueden modificar los valores de los parámetros

de las recetas.

7.6.1 Crear nueva receta.

Para crear una nueva receta se deben seguir los siguientes pasos.

1. Actualizar tabla de recetas con el botón actualizar.

2. Verificar que receta está cargada, en la segunda columna de la tabla de recetas.

3. Presionar el botón de crear nueva receta, inmediatamente aparecerá un display

como se muestra en la siguiente figura para editar el nombre de la receta.

Figura 28. Nombre de receta.

4. Presionar el botón Edit(F2) para editar el nombre de la receta.

Figura 29. Editar nombre de receta.

5. Para el ejemplo se crea una receta con nombre “Nectar”, presionar el botón de

ingresar e inmediatamente se creará la receta. En el cuadro de estado de receta

tiene que aparecer un mensaje en color verde de “receta creada exitosa!”.

60

NOTA: TODA RECETA QUE SE CREE ES UNA COPIA EXACTA DE

LA RECETA QUE ESTA CARGADA ACTUALMENTE EN EL PLC.

6. Ir a la tabla de selección de recetas, seleccionar la receta creada “Nectar”,

siguiente se debe presionar el botón actualizar. Como se muestra en la Figura 13

en la tercera columna aparece los parámetros de la nueva receta, se debe

modificar el parámetro de nombre y los sets points que se requieran debido

a que es una copia idéntica de la que está cargada en el PLC.

Figura 30. Receta - Edición de valores de parámetros.

7. Luego de haber modificado el parámetro de nombre y demás parámetros, se debe

guardar y en el estado de recetas aparecerá un mensaje en color blanco de

“guardado exitoso”, como se muestra en la Figura 30.

61

Figura 31. Receta – Guardar cambios.

Estos son los pasos para crear una nueva receta, para modificar recetas de debe

tener la selección de la receta en la tabla de selección de recetas, así mismo para

descargar o cargar una receta.

7.7 Alarmas

En la figura 32 se muestra un ejemplo de una ventana de historial de alarmas. La

alarma visualizada variará dependiendo del estado en la que se encuentre la alarma.

Cuando una alarma ocurre, la baliza de color rojo del tablero se encenderá, además en

el panel de control (HMI) aparece una ventana mostrando la falla que ocurrió en el

equipo, en la parte inferior de la pantalla de proceso hay una barra donde aparece la

última alarma y en el estado en la que se encuentra.

62

Figura 32. Pantalla de alarmas.

7.7.1 Indicadores de alarmas

• El color rojo indica alarma activa y no reconocida.

• El color amarillo indica alarma activa y reconocida.

• El color verde indica alarma no activa y reconocida.

Botón de Reset general.

Salir de pantalla.

Actualizar alarma.

Actualizar todas las alarmas.

Silenciar alarmas.

Limpiar todas las alarmas.


Ir una página hacia arriba en la lista

Ir a última línea hacia arriba en la lista.


Ir una página hacia abajo en la lista

Ir a última línea hacia abajo en la lista.

Tabla 16. Botones de control de alarmas.

63

7.7.2 Listado de alarmas

La siguiente tabla muestra el esquema de los fallos que se producen con mayor

frecuencia, sus causas y formas de eliminarlas. Las causas generales de fallos:

• No hay suministro de aire.

• Confirmación de posición de válvulas.

• Confirmación de contactores de motores.

• Disparo de guardamotores.

• Fallas en los servicios industriales que afectan directamente las fases.

PRECAUCIÓN

Sólo personal Autorizado se les permite ajustar los parámetros y renovar /

reparar el equipo.

64

Texto de Alarma Causa Acción en la maquina Instrucción para el operador

Falla bajo flujo por más de 30

segundos

No hay flujo de producto o agua en

el equipo.

Verificar nivel de tanque de

balanza y estado de válvulas de

suministro de producto o agua.

Guarda de temperatura de

esterilización perdida Temperatura menor a 121°C

Si está en paso de calentamiento y no

alcanza a superar esta temperatura se

reinicia el tiempo hasta alcanzar esta

temperatura. Si está en fase de

esterilización, producción, CIP

intermedio, o recirculación de agua

estéril se pierden condiciones de

esterilidad en el equipo, es decir

pierde la memoria de equipo estéril.

Verificación de servicios

industriales.

Paro de emergencia activo Paro de emergencia ubicado en el

tablero fue accionado.

El sistema inmediatamente se

detiene

Reiniciar el botón de paro de

emergencia.

Falla motor homogeneizador Motor no está funcionando

El equipo se detiene, si está en fase

de CIP la fase se pausa.

Comprobar el motor,

verificar/resetear variador de

velocidad.

Falla bomba de aceite

homogeneizador Motor no está funcionando

Comprobar el motor,

verificar/reiniciar

guardamotor.

Falla motor alimentación Motor no está funcionando

Comprobar el motor,

verificar/reiniciar

guardamotor.

Falla bomba centrifuga PUMP 1 Motor no está funcionando

Comprobar el motor,

verificar/reiniciar variador de

velocidad.

65

Falla bomba de agua caliente PUMP

2 Motor no está funcionando

Comprobar el motor,

verificar/reiniciar

guardamotor.

Falla bomba booster PUMP3 Motor no está funcionando

Comprobar el motor,

verificar/reiniciar

guardamotor.

Falla posición QV1 Fala en el sensor de confirmación o

falta de presión de aire

Si es falla del sensor solo se

visualiza la alarma, pero si es falla de

presión de aire se detiene la fase.

Comprobar el sensor y posición

de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.

66




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.




de la válvula.

Falla nivel bajo Tanque balanza en

producción

El producto en el tanque de balanza

es demasiado bajo

Si el equipo está en producción,

termina producción y pasa a

recuperación de producto.

Comprobar el nivel de tanque

de almacenamiento de

producto y verificar posición

de válvulas manuales a la salida

del tanque de almacenamiento.

Falla presión de aire La presión de aire es demasiado baja Detiene las fases.

Comprobar que la presión de

suministro de aire debe ser

mayor a 6 bar.

Tabla 17. Listado de alarmas.

67

7.8 Tendencias

En la ventana de tendencias es posible ver el comportamiento de varios valores

simultáneamente. En la figura 33 se muestra la tendencia de 4 temperaturas del equipo

en la fase de esterilización, donde cada temperatura tiene un correspondiente color

para poder ser identificado fácilmente:

Figura 33. Pantalla de tendencias.

• Color Verde: TE02 Temperatura de retención en el calentador principal.

• Color rojo: TE04 Temperatura salida de producto.

• Color azul: TE05 Temperatura de retorno de producto.

• Color amarillo: TE06: Temperatura de circuito de agua caliente.

Selecciona la variable a la que se le quiere hacer seguimiento.

Ir a una línea hacia la izquierda de la tendencia.

Ir al inicio de la tendencia.

Pausar el guardado de datos de las variables.

Ir a una línea hacia la derecha de la tendencia.

Ir al fin de la tendencia.

Tabla 18. Botones de control tendencias.

68

7.9 Preparaciones

Este capítulo contiene una lista de puntos de control necesarios antes de iniciar

cualquier fase del esterilizador. Es necesario que todos los servicios industriales (vapor,

agua industrial, agua helada, red eléctrica y aire) deban funcionar correctamente para

el mejor desempeño del esterilizador.

ADVENTENCIA!

Se debe tener en cuenta siempre de que existe el riesgo de exposición a líquido caliente

presurizado (agua, producto, soda, ácido, etc.). El equipo de proceso puede contener

atrapado líquido caliente presurizado en ciertas áreas, incluso en condiciones de

apagado.

Para una verificación de servicios industriales se debe primero:

• Energizar tablero principal del ultrapasteurizador.

• Abrir válvula de aire comprimido

• Abrir válvula de vapor

• Abrir Válvula de agua

7.9.1 Puntos de control generales

Muchas de los siguientes puntos de control son condiciones de arranque que deben

cumplirse antes de iniciar cualquier secuencia.

• Verificar que el equipo este limpio. El equipo debe estar limpio después de

finalizar cada producción.

• Verificar que los amortiguadores del homogeneizador están libres de cualquier

residuo de producto después de la limpieza.

• Verificar que no haya vapor condensado en las trampas de vapor.

• Verificar el nivel del tanque de agua caliente.

• Verificar que la presión de vapor este correcta.

• Verificar que el paro de emergencia no este activo.

• Verificar el selector de posición del homogeneizador este en modo automático.

• Verificar bombas de agua helada y agua industrial están encendidas.

• Verificar que todos los actuadores están en modo automático.

69

7.9.2 Puntos de control opcionales

• Verificar que todos los guardamotores están la posición correcta.

• Verificar que los variadores de velocidad no están en falla.

• Verificar uniones de tubería.

• Verificar que no haya concentración de soda en el circuito de agua caliente.

7.10 Operación

En este capítulo se describe como operar el equipo en todas las fases que tiene el

ultrapasteurizador, antes de iniciar cualquier fase verificar las preparaciones del equipo.

Ver capitulo preparaciones.

7.10.1 Ejecución de fases.

Para la ejecución de cualquier fase del ultrapasteurizador se deben seguir los mismos pasos que se realizaran enseguida:

1. Ir a la ventana de panel de control y presionar el icono correspondiente de parámetros de la fase correspondiente, en este caso es con la fase de esterilización.

Figura 34. Operación – Parámetros.

2. Al abrirse la ventana de parámetros, se deben verificar los parámetros de

esterilización, si es necesario se modifican, volver a la ventana de panel de control.

70

3. Presionar el icono correspondiente a condiciones iniciales, verificar que todas las condiciones y falla de fase están correctos.

Figura 35. Operación – Verificación condiciones iniciales.

4. Luego de haber verificado parámetros y condiciones iniciales de la fase, se debe

verificar que la maquina llenadora esta lista para la fase de esterilización, para verificar esta señal se debe visualizar en el cuadro de señales de comunicación en el panel de control en la columna de la parte derecha.

Figura 36. Operación – Verificación señal llenadora.

5. Iniciar secuencia

Presionar BOTON DE ESTERILIZACIÓN (o fase requerida) seguido del BOTON INICIAR en el menú de operación.

6. Al ser iniciada la fase, el botón de control de la fase iniciada debe cambiar a color

verde.

71

Figura 37. Operación – Indicador de fase.

7.11 Parámetros finales

En este capítulo se muestran los parámetros finales de cada parámetro de las fases del

equipo, además se muestran los valores de ajuste de lazos de control, el

ultrapasteurizador se ajustó a estos parámetros para su correcto funcionamiento, se

recomienda no modificar estos valores.

7.11.1 Parámetros esterilización.

Figura 38. Parámetros – Fase de esterilización.

72

En los parámetros de esterilización existen 3 parámetros que no se pueden modificar,

debido a que estos parámetros son cargados directamente desde las recetas.

7.11.2 Parámetros producción.

Figura 39. Parámetros – Fase de producción.

Todos los parámetros de producción no son modificables desde esta pantalla, debido

a que las recetas contienen todos los parámetros de producción.

73

7.11.3 Parámetros CIP

Los siguientes valores de parámetros fueron son los finales, después de realizar varios

lavados en el equipo.

Figura 40. Parámetros – Fase de CIP.

74

7.11.4 Parámetros CIP intermedio.

Figura 41. Parámetros – Fase de AIC.

7.12 Lazos de control PID

Un lazo de control PID están diseñados para eliminar la necesidad de supervisión

continúa de la operación del equipo por parte de los operadores. El ultrapasteurizador

cuenta con tres lazos de control, un lazo de control de flujo y dos lazos de control de

temperatura.

NOTA: Los valores de los lazos de control no deben ser modificados porque

afectan al correcto funcionamiento del equipo.

75

7.12.1 Lazo de control FIC01

Este lazo de control es el que controla el flujo o capacidad que se requiere en el equipo.

Figura 42. Lazo PID FIC01.

7.12.2 Lazo de control TIC02

Este lazo de control es el que controla la temperatura de esterilización.

Figura 43. Lazo PID TIC02.

76

7.12.3 Lazo de control TIC04

Este lazo de control es el que controla la temperatura de salida de producto.

Figura 44. Lazo PID TIC04.

8. CONCLUSIONES

El desarrollo, diseño e implementación del sistema de control automático para el

esterilizador de leche fue satisfactorio. Cumpliendo con la necesidad del cliente en los

tiempos establecidos. Las etapas dentro del diseño, salvo ciertas modificaciones explicadas

en las secciones anteriores, se pudieron aplicar y poner en funcionamiento de manera

exitosa, por lo que la estructuración del sistema permitió una buena y eficiente ejecución

de la fase de implementación, solo generándose ciertos problemas e inconvenientes propios

de un proyecto de tal envergadura.

Este proyecto ha contribuido de manera muy importante para identificar y resaltar los

puntos que hay que considerar relevantes para llevar a cabo una implementación exitosa

en un proyecto de esta dimensión. Además de esto, ha ayudado al crecimiento profesional,

puesto que fue necesario integrar diferentes áreas de la ciencia como la termodinámica, la

química, la metrología y en especial, el control, cuyo objetivo era realizar un excelente

control en el esterilizador acorde con todas las exigencias que imponía el proceso con la

finalidad de entregar productos inocuos y de calidad para el posterior consumo humano.

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Es de gran importancia, el estudio del funcionamiento del sistema antes de entrar a realizar

cualquier trabajo en un equipo. Debido a que, se debe conocer las características

importantes de cada uno de los procesos que interactúan entre sí. El conocimiento en este

caso del funcionamiento del esterilizador con sus correspondientes fases de operación

permitió saber cuáles eran las necesidades y falencias del sistema, para que

respectivamente fueran corregidas.

Otro punto que se debe considerar clave para llevar a cabo un proyecto de automatización

industrial como este consiste en dar una buena capacitación a los usuarios del sistema

(operadores, supervisores, personal de mantenimiento, etc.). Dado que, si no se les entregan

las herramientas correspondientes para su correcto funcionamiento, pueden ocurrir

problemas de operación, lo que por consecuencia puede generar errores de funcionamiento

o al mismo tiempo reducir la vida útil de los módulos de control.

diseÑo, planeaciÓn y desarrollo de …

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