TITULO: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO DE MANEJO DE LOTES PARA LOS PROCESOS DE: ALMACENAJE, TRANSPORTE Y DESPACHO DE MATERIAS PRIMAS EN LOS PREDIOS DE UNA PLANTA DE ELABORACIÓN DE CERVEZA

OBJETIVOS: Garantizar un proceso seguro y eficaz mediante un sistema de control óptimo Garantizar la correcta limpieza y calidad física del grano durante su recepción, transporte y almacenaje, evitando perdidas, mediante la implementación de nuevos equipos de monitoreo y control Asegurar la correcta dosificación de materias primas y manejo de inventarios a través de la implementación de un sistema de manejo de lotes. Ajustarse a las nuevas necesidades de crecimiento a través del uso de una plataforma de control moderna.

CONTENIDO: CAPITULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPITULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPITULO III PROGRAMACIÓN CAPITULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION CAPITULO V CALIBRACIÓN Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS RECEPCION DE MATERIAS PRIMAS

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS ALMACENAJE

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS DESPACHO DE MALTA, ADJUNTOS Y MANEJO DE POLVO CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS DESPACHO DE MALTA, ADJUNTOS Y MANEJO DE POLVO

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS MOLIENDA DE ADJUNTOS Y MANEJO DE POLVO II

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS DISTRIBUCION DE EQUIPOS

DESCRIPCIÓN DE PROCESOS CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE PROCESOS SUMINISTROS AIRE COMPRIMIDO: 60 PSI ALIMENTACION: Dispositivos Alimentación Motores 440 Vac 60 Hz Elementos de control y equipos de cómputo. 24 VDC o 110 Vac 60 Hz

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CONSIDERACIONES PRELIMINARES DE DISEÑO PROCESO VISUALIZACION RECETA VALOR DESEADO PARAMETROS REALES INTERFASE OPERADOR ELEMENTOS FINALES DE CONTROL TRANSMISORES SENSORES Controlador PARAMETROS INGRESADOS Diagrama en Bloques de Control

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL REQUERIMIENTOS DE PRODUCCION Implementación de seguridades de manejo y operación de equipos, transportadores, motores Garantizar limpieza y calidad física del grano Asegurar la correcta dosificación de materias primas Flexibilidad en la modificación de parámetros y estructura de proceso. Compatibilidad con sistema de supervisión y PLC de control. Almacenamiento de actividades y parámetros, a fin de obtener un registro de decisiones operativas. Fácil manejo y operación.

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL INVENTARIO DE SEÑALES CUARTO ELECTRICO TOTAL ENTRADAS 112 TOTAL SALIDAS 48 SEGUNDO NIVEL TORRE DE GRANOS 80 32 SEXTO NIVEL TORRE DE GRANOS 96 Cantidades Tipo de señal Tipo Entradas Discretas 24 Vdc. Salidas Discretas A contactos libres de potencial por medio de relé de interfase. Entradas Análogas 4 a 20 mA. dos hilos Salidas Análogas 4 a 20 mA dos hilos Tipos

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL COMPATIBILIDAD CON NUEVOS EQUIPOS DE CONTROL ESTANDARES PLANTA: Bus de comunicación campo: Modbus plus / Profibus DP Red de datos Industrial: Modbus TCP/IP ò CP H1 1 ISO ( siemens) Red de datos Administrativa: Ethernet TCP/IP VENTAJAS ESTANDARES SIEMENS SOBRE OTROS: Estandarización de módulos remotos o periferia, conectores y accesorios. Conexión directa entre dispositivos ethernet en nuevo cocimiento. Utilización de un solo software de gestión y administración e redes. Simplifica tareas de interconexión con dispositivos de cocimiento ( ahorro de tiempo)

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL COMPATIBILIDAD CON NUEVOS EQUIPOS DE CONTROL (visualización y manejo de lotes) ESTANDARES PLANTA: OPCION SIEMENS: Software de Visualización: Intouch Software de Visualización: Sistema Braumat Software de Manejo de Lotes: InBatch Software de Manejo de Lotes: Sistema Braumat VENTAJAS SISTEMA WONDERWARE SOBRE OTROS: Soporte Local y base de conocimientos adquiridos. Permite implementación de sistemas redundantes. Permite independizar plataforma de PLC a PC, sistema modular.

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES DE PROCESO Definición de Unidad de Proceso.- Una unidad es un grupo de equipos de proceso que cumple las siguientes funciones: - Procesar materiales; ejemplos son: reactores, mezcladores, agitadores. - La unidad puede mantener materiales; ejemplos son: estaciones de dosificación manual, tanques de almacenamiento, contenedores, y estaciones de llenado. Cada unidad tiene un único atributo, como su capacidad o material de almacenamiento, la cual define su capacidad de procesamiento o sus limitaciones.

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL DIMENSIONAMIENTO DE UNIDADES DE PROCESO De acuerdo a la definición de unidad de proceso para nuestro caso hemos definido las siguientes unidades de proceso: Numero-Unidad Nomónico Descripción U1 RecMalta Recepción Materia Prima U2 Despa Despacho Adjuntos U8 TrpMalta Transporte de malta U9 TrspAdj Transporte de adjuntos

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL La necesidad de integrar varios equipos de control de procesos en un único sistema centralizado de información nos obliga a seleccionar un medio de comunicación abierto. INDUSTRIAL ETHERNET nos brinda entre esta ventaja las siguientes: Enlaza fácilmente diferentes áreas de aplicación como administrativa y de planta. - Diseño robusto e inmunidad a interferencias electromagnéticas. - Alta velocidad de funcionamiento con gran cantidad de nodos. Varios medios de transmisión (fibra óptica, par trenzado, etc). Gran variedad de topologías redundantes. - Fácil crecimiento con tecnología de switcheo. Capa Método utilizado 7 Step 7 6 5 4 ISO 8073 Transporte 3 Red  2 CSMA/CD (IEEE 802.3) 1 Características físicas del bus, conectores RJ45,etc

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL La alta densidad de señales en el cuarto eléctrico, planta baja y alta; nos obliga a diseñar una arquitectura remota, en nuestro caso utilizamos módulos con comunicación Profibus DP ubicados convenientemente en cada área. PROFIBUS DP.- En este modelo de comunicación, algunas estaciones son definidas como maestras, y otras como esclavas. Las estaciones maestras acceden al bus por medio de un esquema token bus. Mientras una estación maestra posee el testigo, realiza transacciones con sus esclavos según el esquema maestro esclavo. Luego, envía el testigo a la siguiente estación del anillo lógico, como se ilustra en la siguiente figura:

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL ARQUITECTURA DE CONTROL

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN DE INSTRUMENTACION CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN DE INSTRUMENTACION PROCESO VISUALIZACION RECETA VALOR DESEADO PARAMETROS REALES INTERFASE OPERADOR ELEMENTOS FINALES DE CONTROL TRANSMISORES SENSORES Controlador PARAMETROS INGRESADOS

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN SENSORES DE NIVEL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN SENSORES DE NIVEL TIPO Puntual Continuo Precisión en % de toda escala Temp Máx. ºC Tanques Desventajas Ventajas Alto Bajo Abiertos Cerrados Diafragma Si No 50 mm 60 No admite materiales granulares > 80 mm tanques a baja presión Bajo coste, sensible a materiales de variada densidad. Cono Suspendido 50mm Debe estar protegido Baja coste Varilla flexible 25mm 300 Relé retardado Muy sensible Conductivo Conductividad materiales tanques a presión Paletas rotativas Tanques abiertas o a baja presión Materiales diversos o a prueba de explosión Sondeo electromecáni-co - 1% Resistencia mecánica media Sencillo Bascula +/-0,5-1% 900 Coste elevado Preciso y seguro, altas presión y temperaturas Capacitivo 15mm 150 Materiales aislantes, calibración individual, adherencias producto Bajo coste Presión diferencial Coste medio, probable obturación orificio purga Respuesta rápida Ultrasonidos +/-0,5-1 Coste medio Materiales opacos y transparentes, a prueba de explosión Radar +/-2mm Costos medio productos viscosos Radiación -- 1.300 Coste elevado supervisa seguridad, calda individual varias fuentes Tanque sin aberturas, productos corrosivos y peligrosos, altas presiones y temperatura

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SENSORES DE NIVEL CAPACITIVO CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SENSORES DE NIVEL CAPACITIVO PRINCIPIO DE MEDICION: La medición de nivel tipo capacitiva basa su operación en la variación de la capacitancia entre el aire y el granos. El capacitor se forma entre la pared del recipiente y la sonda introducida. Los factores que determina su magnitud son los siguientes: Distancia entre la pared y la sonda Área de los electrodos (sonda y pared) Constante dieléctrica del material entre los electrodos (grano-pared). Al introducir la sonda en el recipiente estamos fijando la distancia entre los electrodos y su área, en este caso la capacitancia dependerá únicamente de la constante dieléctrica del material. Los materiales generalmente utilizados en nuestra aplicación trabajan entre un rango de 2 < εr < 6 (cebada malteada y arroz), mientras que el aire mantiene un valor fijo de 1 como constante dieléctrica.

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN SENSORES DE TEMPERATURA En la siguiente tabla se muestran las ventajas y desventajas entre los principales tipos de sensores para medición de temperatura: Características Sensor RTD de platino de película RTD de platino bobinada Termocupla Terrmistor Silicio Costo del sensor Moderado a bajo Moderado Bajo Bajo a moderado Campo de medida -200 a 750°C (560°C máx.típ.) -200 a 850 (600°C máx.típ.) -270 a 1800 °C -100 a 500 (125°C máx.típ) -40 a 125°C Intercambiabilidad ±0.1%. ±0.3°C ±0.06%. ±0.2°C ±0.5%. ±0.2°C ±10%. ±0.2°C ±1%. ±0.3°C Estabilidad Excelente Pobre Moderada Sensibilidad ±0.39%/°C ±40µV/°C -4%/°C 10mV/°C Sensibilidad relativa Baja Muy elevada Linealidad No es lineal Pendiente Positiva Negativa Susceptibilidad a ruido Alta Industrialmente los dos sensores de temperatura mas utilizados son las termocuplas y las RTD`s. Entre las RTD`s mayormente utilizadas existen dos tipos: las de película y las bobinadas. Estas últimas tienen mejores características pero su costo es más elevado. En cuanto a las termocuplas existen varios tipos en función de los materiales que las constituyen. Entre las ventajas más importantes se resaltan los ambientes a los que van destinados (oxidante, corrosivo, etc.) y su bajo costo.

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL MEDICION DE TEMPERATURA CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL MEDICION DE TEMPERATURA

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Entre los principales dispositivos implementados tenemos: Sensores Inductivos.- Atascamiento transportadores redler Micro interruptor .- Atascamiento transportadores sinfín. Sensores de vigilancia de movimiento.- Confirmación de movimiento en exclusas de polvo. Sensores de presencia de grano. - Sobre balanzas, molino y algunos transportadores.

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL SELECCIÓN DE PLC Capacidad de Memoria: La memoria total de un equipo tiene distintas zonas en las que se almacenan datos: - Área de programa de aplicación (memoria de carga). - Registro de E/S discretas. - Registro de E/S análogas - Registro de temporizadores y contadores - Registro de variables. - Área auxiliar. - Sistema operativo.

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CAPACIDAD DE MEMORIA Requerimientos de memoria K (bytes) Tamaño de la imagen del proceso (entradas/salidas) 8 Recursos de comunicación (peticiones de comunicación) Temporizadores 256 Contadores 256 Marcas 65536 Área direccionamiento periferia Tamaño de datos locales y código. 200 Memoria teórica de trabajo 248 Memoria real de trabajo 256 Memoria teórica de carga 446 Memoria real de carga 512

DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS Datos: Caudal nominal (Qn): 120 m3/h (tubería ¾”) Temperatura (T): 303 °F Presión anterior (P1): 4 bar Presión posterior (P2): 2 bar Peso especifico fluido (G) = aire = 1

CAPÍTULO II DISEÑO Y SELECCION DE EQUIPOS DE CONTROL CALCULO DE PROTECCION PRINCIPAL In x fc x fs = Is Dόnde: In = corriente nominal de la carga. fc = factor de coincidencia. fs = factor de seguridad ( recomendado por el fabricante de la protección). Is = corriente de selección. Por lo tanto tenemos: 459,3 x 0,6 x 1,4 = 385,8 Amp

ESTRUCTURA DEL PROGRAMA CAPÍTULO III PROGRAMACION ESTRUCTURA DEL PROGRAMA

CAPÍTULO III PROGRAMACION BLOQUES DE CONTROL Tipos de dispositivos Válvula, QL = 1 - RE = 1 1 Motor, QL = 1 - RE = 1 2 Válvula, QL = 1- RE = 0 3 Motor, QL = 1 - RE = 0 4 Válvula, QL = 1 - RE = 1; QL = 0 - RA = 1 5 Motor, QL = 1 - RE = 1; QL = 0 - RA = 1 6 Válvula, QL = 1 - RE = 0; QL = 0 - RA = 0 7 Motor, QL = 1 - RE = 0; QL = 0 - RA = 0 64 Sin confirmación. 128 Ignorar.

BLOQUES DE CONTROL VARIOS CAPÍTULO III PROGRAMACION BLOQUES DE CONTROL VARIOS Out 1 Preset Time Reloj Habilitación Out 2 Out 3 Out 4 Out 5 Out 6 Out 7 Out 8 Out 9 FC5 / FC6 DataReciveScale se encarga de la recepción y tratamiento de parámetros como estado de ciclo de la bascula, estado de totalizadores, etc. Mientras que el bloque DataSendScale gestiona en envío de órdenes a cada báscula como parada, vaciado total, arranque, etc.

CAPÍTULO III PROGRAMACION MODELO DE PROCESO ¿QUÉ ES EL ESTÁNDAR S-88? La norma S-88 surge de la necesidad de resolver los problemas de automatización de las industrias en el área de los medicamentos y/o alimentos, las cuales presentaban procesos comunes y repetitivos de procesos por Lotes, que a la hora de implantar sus sistemas presentaban los siguientes problemas básicos: 1. No existía ningún modelo universal para el control de Lotes. 2. Dificulta de los usuarios para comunicar sus requerimientos. 3. Dificulta para los ingenieros al integrar soluciones de diversos suplidores. 4. Los ingenieros y usuarios tenían dificultades al configurar los sistemas. Por estas razones se creo el comité SP88 (Standards & Practices), el cual desarrolla la norma S- 88 en dos partes: · S-88.01 Control por Lotes parte 1: Modelos y terminologías. · S-88.02 Control por Lotes parte 2: Estructura de Datos y definición de interfaces

CAPÍTULO III PROGRAMACION MODELO DE PROCESO PROCEDIMIENTO OPERACION UNIDAD DE PROCESO OPERACION El pilar en que se basa S-88 es la separación entre el “Que” quiere hacer el cervecero, del “Como” se puede hacer con los equipos y automatización instalados

DEFINICION DE FASES LOGICAS CAPÍTULO III PROGRAMACION DEFINICION DE FASES LOGICAS La administración de lotes se realiza a través de un bloque denominado fase lógica. Cada fase lógica es una acción de proceso independiente. Existen ocho componentes principales de una fase lógica, cada componente incluye: bits de control, bits de estado de fase, control de entradas, control de salidas, parámetros de formula, botones de control, bloqueos y alarmas. Start Hold Restart Abort Reset Control de Fase Ready Run Held Done Interloked FASE LOGICA Botones de control Bloqueos Parámetros de formula Aborted Control Inputs Control Outputs Run Held Interloked Done Ready Start Restart Abort Reset Aborted Start and Alarma Lógica Interlock condiciones

INBATCH TRANSPORTE CRUDOS CAPÍTULO III PROGRAMACION INBATCH TRANSPORTE CRUDOS

INBATCH TRANSPORTE MALTA CAPÍTULO III PROGRAMACION INBATCH TRANSPORTE MALTA

INBATCH DESPACHO CRUDOS CAPÍTULO III PROGRAMACION INBATCH DESPACHO CRUDOS

COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO CAPÍTULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION COSTO DE EQUIPOS - PLC de control - Terminales de periferia - Accesorios de redes - Módulos de telefast de E/S - Licencias de programación - Arrancadores e Instrumentación en general - Molino de martillos - Nuevos transportadores - Basculas electrónicas.

COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO CAPÍTULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION COSTO DE MATERIALES - Paneles y Sub-paneles - Materiales Eléctricos y - Materiales Mecánicos.

COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO CAPÍTULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION COSTO DE MANO DE OBRA - Mano de obra de instalación y cableado de instrumentación - Mano de obra en cableado de Paneles y Sub-paneles - Mano de obra en acometida de alimentación para motores y - Mano de obra en retiro de equipos de control existentes

COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO CAPÍTULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION COSTO TOTAL: Costo equipos 131.509,10 Costo materiales 25.899,49 Costo mano de obra 13.565,50 Costo Balanzas electrónicas 61.190,00 Costo Molino de martillos 54.210,00 Costo filtro de mangas 44.130,00 Costo transportadores 85.342,22 COSTO TOTAL ($) 330.504,09

COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO CAPÍTULO IV COSTOS DE IMPLEMENTACION Y RETORNO DE LA INVERSION EVALUACION DE INVERSIONES

CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO CAPÍTULO V CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO CALIBRACION DE NIVEL CALIBRACION SENSORES CAPACITIVOS

CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO CAPÍTULO V CALIBRACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO PROTOCOLO DE PRUEBAS Prueba equipos Pre - implementación Prueba equipos durante - implementación Test equipos post – implementación (puesta en funcionamiento producción) 1 2 3 Estructura Cronograma

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES * Como resultado de nuestra implementación hemos logrado reducir los tiempos en la transportación de malta y arrocillo en aproximadamente un 50%. *En la dosificación de materias primas hemos conseguido una disminución del error entre la cantidad fijada y real a porcentajes menores al 0,8% en malta y al 0,6% en adjuntos. *La inversión en tecnologías de automatización en nuestro país debe considerarse como una estrategia clave de competitividad, no invertir en esta tecnología o sin un plan estratégico claramente definido (meta) puede provocar ser desplazado por la competencia. *El tiempo estimado del retorno de la inversión es de aproximadamente dos años que obviamente dependen de las proyecciones de producción, para efectos de cálculos consideramos un crecimiento normal del 5% anual.