TRABAJO FINAL DE CARRERA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA AMAZONIA PERUANA FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS TRABAJO FINAL DE CARRERA DISEÑO, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UN EQUIPO CON PLC PARA LA AUTOMATIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE LLENADO DE BOTELLONES EN LA PLANTA DE AGUA DE LA FIA-UNAP PARA LA OBTENCION DEL TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS PRESENTADO POR: Bach. SOLANGELL ELIZABETH LOPEZ VALDERRAMA Bach. IGNACIO JUNIOR MENDIETA ALVARADO ASESORES: Ing. MSc. ROGER RUIZ PAREDES Ing. MSc. JORGE LUIS CARRANZA GONZALES IQUITOS PERU 2014

2 AUTORIZACION DEL ASESOR Yo Ing. MSc. Roger Ruiz Paredes profesor asociado del Departamento Académico de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional de la Amazonia Peruana INFORMA: Que los bachilleres Solangell Elizabeth López Valderrama y Ignacio Junior Mendieta Alvarado ha realizado bajo mi dirección, el trabajo final de carrera intitulado DISEÑO, INSTALACION Y PUESTA EN MARCHA DE UN EQUIPO CON PLC PARA LA AUTOMATIZACION DE LA OPERACIÓN DE LLENADO DE BOTELLONES EN LA PLANTA DE AGUA DE LA FIA UNAP considerando que el mismo reúne los requisitos necesarios para ser presentado ante el jurado calificador y acceda obtener el Título Profesional de Ingeniero en Industrias Alimentarias. AUTORIZO: A los citados Bachilleres a presentar el trabajo final de carrera, para proceder a su sustentación cumpliendo así, la normativa vigente que regula los Grados y Títulos de la Facultad de Industrias Alimentarias de la Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana. Ing. MSc. ROGER RUIZ PAREDES ASESOR

3 MIEMBROS DEL JURADO Tesis aprobada en Sustentación Publica, en la ciudad de Iquitos en las Instalaciones del Auditorio de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de la Amazonia Peruana, llevado a cabo el día jueves 10 de marzo del 2014 a horas 18:00 p.m. siendo mencionado líneas abajo los jurados. PRESIDENTE.. MIEMBRO TITULAR.. MIEMBRO TITULAR MIEMBRO SUPLENTE

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7 INDICE Página RESUMEN INTRODUCCION 1 CAPITULO I REVISION LITERARIA 3 1 Automatización Definición de Automatización Tipos de Automatización Automatización Fija Automatización Programable Automatización Flexible Automatización Integrada Control Automático Formas Básicas de Control Control en Lazo Abierto Control en Lazo Cerrado Tipos de Procesos Industriales Controlador Lógico Programable (PLC) Fuente de Alimentación CPU Modulo de Entradas Modulo de Salidas Terminal de Programación Periféricos Interfaces Señales Analógicas y Digitales Elementos principales utilizados en la Programación de un PLC Configuraciones Básicas Contacto normalmente Abierto (NA) Contacto normalmente Cerrado (NC) 16

8 Acciones Directas Acciones Inversas Enclavamiento o Retención Temporizadores (Timers) Relés Internos o Marcas Contadores Automatización de una Planta Industrial Genérica Sensores Sensores de Desplazamiento y Proximidad Sensores de Velocidad Sensores de Fuerza Sensores de Aceleración Sensores de Luz Sensores Neumáticos Sensores Táctiles Sensores Ópticos Actuadores Introducción al empleo del PLC Zelio Presentación del Panel Frontal Del Módulo Lógico Descripción de la Pantalla LCD Características y Conexiones Conexión Recomendada Conexión Posible Conexión Prohibida Teclas de Comandos del panel frontal del Módulo Lógico Menús Contextuales Ejemplos de Utilización Realización de una Aplicación Básica Utilización de la Función Inversa Caso General 45

9 CAPITULO II 2.1. Modelo Matemático 47 CAPITULO III Funcionamiento Actual de la Planta de Agua 3.1 Envasado Lavado de Botellas Llenado de las Botellas de Agua Sellado Sistema de Etiquetado Equipos y Accesorios de la Planta de Agua Bomba Centrifuga Filtro de Arena Filtro de Carbón Activado Filtro de Celulosa Válvulas 51 CAPITULO IV Diseño del Módulo 4.1 Descripción del Proceso a realizarse con el Módulo Descripción de los Componentes del Módulo Controlador Lógico Programable (PLC) Pulsadores Pilotos Llave Térmica Cables Eléctricos Caja de Metal Cable de Transferencia de datos Disco del Software para la Programación del PLC Enchufe. 54 CAPITULO V Implementación e Instalación del Módulo 5.1 Materiales y Equipos Empleados 55

10 5.2 Especificación de los Componentes Principales del Módulo Controlador Lógico Programable (PLC) Llave Térmica Pulsadores NA Pulsador NC Cable Vulcanizado Cable Automotriz Caja de Metal Enchufe Disco Original del Software Zelio Especificación de las salidas a controlar con el Módulo Bomba Válvula Solenoide Diagrama de Instalación Eléctrica 58 CAPITULO VI 6.1 Evaluación Del Funcionamiento del Módulo Lógico Simulación realizada para el PLC Activación de la Bomba de Llenado Activación de la Solenoide Derecha y el Sensor I Activación Del Sensor I5. 61 CAPITULO VII 7.1. Conclusiones 64 CAPITULO VIII 8.1 Recomendaciones 65 CAPITULO IX 9.1 Bibliografía 66

11 Lista De Figuras Figura Nº 1: Control En Lazo Abierto 6 Figura N 2: Control En Lazo Cerrado 7 Figura N 3: Controlador Lógico Programable 8 Figura N 4: Estructura Del PLC 12 Figura N 5: Esquema De Planta PLC 12 Figura N 6: Señales Digitales Y Analógicas Comportamiento 13 Figura N 7: Esquemático De Una Señal Eléctrica Analógica Adaptada 14 Figura N 8: Símbolo Del Contacto Normalmente Abierto (Na). 16 Figura N 9: Estados De Un Contacto Normalmente Abierto (Na). 16 Figura N 10: Símbolo Del Contacto Normalmente Cerrado (Nc). 16 Figura N 11: Estados De Un Contacto Normalmente Cerrado (Nc). 17 Figura N 12: Acciones Directas. 18 Figura N 13: Acciones Inversas 19 Figura N 14: Retención Con Preferencia A La Conexión. 20 Figura N 15: Retención Con Preferencia A La Desconexión. 20 Figura N 16: Diagrama De Estados De Los Contactos En Un Enclavamiento. 21 Figura N 17: Temporizador On Delay Con Sus Contactos. 22 Figura N 18: Diagrama De Estados Para Los Contactos de un On Delay 22 Figura N 19: Diagrama De Estados Para Los Contactos de un On Delay 23 Figura N 20: Temporizador Off Delay Con Sus Contactos. 24 Figura N 21: Diagrama de estados para los Contactos de un Off Delay 24 Figura N 22: Diagrama De Estados Para Los Contactos de un Off Delay 25 Figura N 23: Representación de una marca en la Programación de un PLC. 26

12 Figura N 24: Contador con su Contacto Na. 26 Figura N 25: Diagrama de estados para el Contacto Na de un Contador 27 Figura N 26: Diagrama de Estados para el Contacto Na de un contador 27 Figura N 27: Componentes de un Sensor 31 Figura N 28: Otra Clasificación de los Actuadores 32 Figura N 29: Zelio Logic Figura N 30: Vista Frontal del Módulo Lógico Zelio. 34 Figura N 31: Elementos de la pantalla LCD 35 Figura N 32: Conexión Recomendada. 35 Figura N 33: Conexión Posible 36 Figura N 34: Conexión Prohibida 36 Figura N 35: Pantalla mostrando los Comandos. 37 Figura N 36: Función Tecla Mayus. 38 Figura N 37: Pantalla con Contraseña 38 Figura N 38: Iconos 38 Figura N 39: Cableado del Módulo Lógico. 43 Figura N 40: Conexión Inversa 45 Figura N 41: Equipo Actual con la Instalación del Módulo 52 Figura N 42: Vista Frontal del PLC 54 Figura N 43: Programación del PLC Para La Activación de la Válvula Solenoide Izquierda. 59 Figura N 44: Programación del PLC Para La Activación de la Bomba de Llenado 60 Figura N 45: Programación del PLC Para La Activación del Sensor I4. 61 Figura N 46: Programación del PLC Para La Activación del Sensor I5. 62

13 Lista de Tablas Tabla Nº 1: Elementos básicos empleados en la programación de un PLC 15

14 Lista de Flujogramas Flujograma Nº 1: Diagrama de Bloques del sistema de control 47 Flujograma Nº 2: Diagrama de Instalación Eléctrica 58

15 RESUMEN En el presente trabajo se desarrolló un esquema específico de la estructura, aplicaciones y lenguaje de programación (Ladder) de un PLC marca Schneider Electric modelo Zelio SR2 B121FU, pues este es el componente principal del equipo diseñado. Este PLC trabaja con un Software de simulación conocido como Zelio Soft 2, mediante este Software puede realizar la programación en la PC de un proceso de llenado de agua en botellas de 18 lt. y luego se transfiere todo el programa al PLC mediante la interfaz o cable de transferencia. En este caso las entradas lo representan: pulsadores NC (normalmente cerrado), NA (normalmente abierto) y sensores de nivel, siendo las salidas: dos válvulas solenoides (1 y 2) y la electrobomba de llenado. Adicionalmente al PLC, el equipo diseñado, tendrá un pulsador NA para prender la electrobomba de llenado y dos válvulas solenoides que se abrirán de acuerdo a la activación de dos sensores de nivel. Es decir, al estar abierta la válvula solenoide 1 y próximo a terminar de llenarse el botellón del lado izquierdo, un sensor de nivel manda una señal al PLC y este hace que se abra automáticamente la válvula solenoide 2 empezándose a llenar el botellón de lado derecho, activándose en este mismo instante un temporizador del PLC y después de un tiempo bien corto se cierre la válvula solenoide 1, en este instante el operador podrá retirar el botellón del lado izquierdo, el procedimiento es el mismo para el botellón del lado derecho. En cualquier momento que se desee se puede apagar todo presionando un pulsador rojo NC.

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