Proceso Produccion Papas Fritas

2013

ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

PRODUCCIÓN DE PAPAS FRITAS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER TRABAJO FINAL ACCIONAMIENTOS

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

AUTOMATIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE PAPAS FRITAS

FABIÁN ANDRÉS ACEVEDO CARDOZO CRISTIÁN ALFREDO ESTUPIÑÁN

SERGIO CHAPARRO GIGLIO COBUZIO CARLOS AUGUSTO TOVAR

PRESENTADO A: MsC. JULIO GÉLVEZ FIGUEREDO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD FISICO MECANICAS

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS BUCARAMANGA, ABRIL DE 2013



INTRODUCCIÓN

El continuo avance en el desarrollo tecnológico de los accionamientos eléctricos ha dado

paso a la automatización de procesos que anteriormente dependían netamente del trabajo

de la mano de obra, y que además resultaban tediosos o hasta peligrosos en su

realización.

La automatización como tal favorece notablemente en la reducción del tiempo de

ejecución de las tareas contempladas en los procesos, en la disminución en sus costos de

producción y de mantenimiento, y en la optimización en los mismos, en tanto, son

sometidos a mejora continua.

En el presente trabajo, en aras de llevar a la práctica los conceptos teóricos impartidos en

la asignatura de accionamientos eléctricos, se pretende describir e implementar el control

de un proceso llevado a cabo por un autómata programable de referencia

TWDLCAE40DRF de Telemecanique. Teniendo en cuenta para tal cometido, la aplicación

de la herramienta software Twido Suite facilitada por Scheneider Electric.



OBJETIVOS

Describir el proceso de producción de papas fritas, mediante el entorno de

programación LADDER.

Describir el proceso de producción de papas fritas, mediante el lenguaje de

programación GRAFCET.

Llevar a cabo la automatización del proceso contemplado en términos de GRAFCET

y LADDER, haciendo uso para dicha implementación la herramienta software Twido

Suite.

Identificar las similitudes y diferencias entre la programación en GRAFCET y la

programación en LADDER.

Reconocer la importancia de la automatización en los procesos industriales como

beneficio para la optimización de dichos procesos.



GENERALIDADES

La producción, empaque y distribución de papas fritas constituye uno de los negocios más prolíferos del sector de los alimentos, debido a que su degustación goza de amplio reconocimiento global. Contribuyendo dicha situación a su desarrollo y masificación en Colombia, e influyendo finalmente en la producción de otros alimentos de origen autóctono susceptibles de la aplicación de estas mismas técnicas.

Las papas fritas surgen como resultado de freír papas que previamente han sido peladas, lavadas y cortadas, que luego de la cocción son sometidas a un proceso de salado y de aplicación de saborizantes, para finalmente ser empaquetadas para su venta y consumo.

MATERIA PRIMA E INGREDIENTES

Se hace uso de papas maduras que son previamente seleccionadas por sus dimensiones y buen aspecto, que garanticen las necesidades de producción y de consumo del producto final en términos de consistencia, sabor y apariencia.

INGREDIENTES

Papas Sal Saborizantes artificiales



DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

ETAPAS: En el presente inciso se realizará la descripción en general de las etapas que comprende el proceso de producción de papas fritas teniendo como precedente los tópicos relevantes para la realización de cada una. Los subprocesos de cada etapa son contemplados tanto en la programación de LADDER como en la del GRAFCET. Pelado: Las papas previamente seleccionadas por un operario de acorde a los requerimientos de la calidad del proceso, son desprovistas de sus cascaras haciendo uso de una máquina destinada para ello. Lavado 1: Las papas peladas son rociadas con agua clorada como una medida preliminar para eliminar patógenos y demás suciedades que puedan estar presentes. Tajado: Las papas son cortadas en rodajas para adecuarlas al acabado del producto final para su consumo. Lavado 2: Las rodajas son lavadas como una última precaución sanitaria antes de ser freídas y procesadas finalmente. Secado: Se le inyecta corrientes de aire caliente a las rodajas para remover su humedad, evitando así complicaciones en la fritura de las mismas. Fritura: Las rodajas son sumergidas en aceite y expuestas a una temperatura de 190°C durante tres minutos para su cocción. Salado: A las rodajas se les adiciona sal después de su fritura. Saborizado: Las rodajas son saborizadas con dos posibles sabores (Pollo o BBQ) según lo especificado para cada solicitud de pedido por separado. Sellado: Las rodajas son empaquetadas para luego ser almacenadas en conjunto de cajas por operarios, esperando su distribución posterior. En dichas cajas se hallan consignados los requerimientos legales básicos (Nombre del producto, fecha de vencimiento, composición, etc.).



ELEMENTOS UTILIZADOS

En la siguiente tabla se muestra los elementos utilizados en la automatización del proceso de producción de papas fritas. En la figura 1 se muestra la descripción gráfica de dicho proceso.

ELEMENTOS CANTIDAD

ELECTRO VÁLVULAS 6

BANDA TRANSPORTADORA 4

FOTO DETECTORES 5

BANDA DE RODILLOS SIN FRICCIÓN 1

MAQUINA DE PELADO

1

FREIDORA 1

SELLADORA 1

CUCHILLA TAJADORA 1

RESISTENCIAS CALEFACTORAS 1

TERMOCUPLAS 1



LISTA DE ENTRADAS Y SALIDAS

ENTRADAS

%I0.0 RUN/STOP

%I0.1 RESISTENCIA R1

%I0.2 ARRANQUE

%I0.3 PARADA

%I0.4 PEDIDO 25 G

%I0.5 PEDIDO 30 G

%I0.6 PEDIDO 33 G

%I0.7 SABOR A POLLO

%I0.8 SABOR A BBQ

%I0.9 FOTO DETECTOR 1




%I0.13 PARADA DE EMERGENCIA

%I0.14 ARRAN DESPUÉS DE EMERGENCIA

%I0.15 PROTECCIÓN OL

%I0.16 CONFIRMAR

%I0.17 SENSOR DE TEMPERATURA


SALIDAS

%Q0.2 RESISTENCIA CALEFACTORA

%Q0.3 M1 MOTOR PELADO

%Q0.4 M2 BANDA TRANS 1

%Q0.5 EV 1

%Q0.6 M3 CUCHILLA TAJADORA


%Q0.8 EV 2


%Q0.10 EV3


%Q0.12 EV 4

%Q0.13 EV 5

%Q0.14 EV 6

%Q0.15 M8 MOTOR SELLADORA

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO

Figura1. Descripción gráfica del proceso.



DESCRIPCIÓN LENGUAJE LADDER

Paso 1: Antes de iniciar el proceso se debe seleccionar el tipo de pedido y el sabor correspondiente: %I0.4 el pedido corresponde a 25 KG %I0.5 el pedido corresponde a 30 KG %I0.6 el pedido corresponde a 33 KG %I0.7 el sabor es de POLLO %I0.8 el sabor es de BBQ Paso 2: Una vez seleccionado el pedido (tamaño y sabor) se enciende la resistencia calefactora %I0.1, la cual calienta el aceite que se usará para freír las papas. Paso 3: Luego de encender la resistencia calefactora 1 %Q0.2 se debe verificar que el aceite llegue a su condición ideal para esta etapa: 190°, cuando el aceite alcanza esta temperatura se emite un alto que genera la termocupla 1 %I0.17. Paso 4: Una vez alcanzada dicha condición se puede dar inicio a la elaboración de papas fritas, para lo cual se debe pulsar arranque %I0.9. Paso 5: Cuando el fotodetector FD1 %I0.9 cense el paso de la primera papa se encienden simultáneamente el motor de la Peladora (%Q0.3), la Banda Transportadora 1 (%Q0.4) y la Electroválvula 1 (%Q0.5); ésta última se encarga de expulsar agua para el primer proceso de lavado de las papas. Paso 6: Cuando el fotodetector FD2 (%I0.10) cense la primera papa que sale de la sección de lavado se energizan simultáneamente el Motor de la Maquina Tajadora (%Q0.7), la Electroválvula 2 (%Q0.8) que se encarga de volver a lavar las papas, y, el Motor de la Banda Transportadora 2 (%Q0.7) que se encarga de llevar a las papas a la maquina secadora.



Paso 7: Cuando las papas salen de la maquina secadora, caen por gravedad a la freidora, la cual tiene el fotodetector FD3 (%I0.11) que al censar las primeras papas enciende la Banda Transportadora 3 (%Q0.9), la cual transporta las papas a través del aceite caliente durante un tiempo adecuado para su fritura. Este tiempo es controlado por el temporizador %TM1, temporizado a los 5 segundos. Las papas ruedan por gravedad a través de unos rodillos absorbentes para escurrir el aceite. Paso 8: Cuando finaliza la cuenta %TM1, se energiza la Electroválvula 3 (%Q0.10), la cual se encarga de rociar sal a las papas ya fritas. Adicionalmente se desactivan 5 segundos después la Electroválvula 1 (%Q0.5) y la Electroválvula 2 (%Q0.8); y finalmente a intervalos de 2 segundos se desenergizan la Banda Transportadora 1 (%Q0.4), el Motor de la cuchilla tajadora (%Q0.6) y el Motor de la banda transportadora (%Q0.7). Paso 9: Las papas ya saladas caen a un contenedor, el cual tiene el fotodetector FD4 (%I0.12) que censa el llenado del mismo. Cuando dicho fotodector censa, indica que todas las papas han sido procesadas y se ejecutan las siguientes acciones:

Desenergizar el motor de la Banda Transportadora 3 (%Q0.9) y la Electroválvula de salado (%Q0.10)

Abrir la Electroválvula 4 (%Q0.12) un tiempo determinado, dicho tiempo depende de la cantidad de pedido seleccionado previamente y es controlado por Temporizador %TM2.

Energizar el Motor de Banda Transportadora 4 (%Q0.11), la cual se encarga de Transportar las papas hacia la sección de saborizado. El tiempo de transporte es controlado por el temporizador %TM4.

Paso 10: Cuando %TM4 termina su cuenta indica que las papas han llegado a las sección de saborizado, por lo tanto se desenergiza la Banda Transportadora 4 (%Q0.11) y se abre la electroválvula de saborizado. Dependiendo la previa selección del sabor se abre la Electroválvula de sabor a Pollo (%Q0.13) o la Electroválvula de sabor a BBQ (%Q0.14). El tiempo de apertura de algunas de las electroválvulas de sabor y de la detención de la Banda transportadora 4 es controlado por el temporizador %TM3.



Paso 11: Cuando %TM3 termina la cuenta se repite el proceso desde la segunda acción del paso 9, si hay pedidos en cola. De lo contrario el proceso de saborizado ha terminado. Paso 12: Las papas ya saborizadas son arrastradas por la Banda Transportadora 4 (%Q0.11) hacia la sección de sellado y empacado. Cuando el Fotodetector FD5 (%I0.18) censa, se activa la maquina sellado y empacado durante un tiempo determinado previamente por el tamaño del pedido, dicho tiempo es controlado por el temporizador %TM8. Si no hay pedidos en cola, el proceso de fabricación de papas fritas ha terminado, se desenergiza la Banda Transportadora 4 (%Q0.11) y Máquina de sellado y empaque (%Q0.15). Nota: PARADA se pulsa al finalizar el proceso, es decir, al final del paso 12, con el fin de reiniciar contadores y reiniciar los registros.

Si se pulsa durante el proceso se pierde toda la producción.

Al pulsar PARADA DE EMERGENCIA (%I0.13) se desactiva todo el proceso y después de debe pulsar ARRANQUE DESPUÉS DE EMERGENCIA (%I0.14) para energizar durante un tiempo la Banda Transportadora 3 (%Q0.9) y sacar las papas fritas de la freidora. El proceso continúa con normalidad.

Si se pulsa la Entrada PROTECCIÓN OL (%I0.15) se desactivan todas las salidas del proceso y se pierde toda la producción.



DIAGRAMA GRAFCET

%I0.2 (Arranque) ˄ %I0.17 (S. Temp) ˄ %R0.E (Hay pedido,

memoria NO está vacía)

%Q0.9 (M6)

1

2

3

4

5

6

En Espera

Reset(M1,M2,M3,M4,M6,M7,M8,EV1,EV2,EV3,EV4,EV5,EV6)

P_U_OL

P_U_OL

%I0.9 (FD1)

%I0.10 (FD2)

(FD1)

%I0.11 (FD3)

%TM1.Q (8s)

%TM2.Q (5s)

Set %Q0.3 (M1), Set %Q0.4 (M2)

Set %Q0.5 (EV1)

Set %Q0.6 (M3), Set %Q0.7 (M4)

Set %Q0.8 (EV2)

Set %Q0.9 (M6)

Set %Q0.10 (EV3)

P.E

P.E

P.E

P.E

P_U_OL

P_U_OL



Preselecciona valor máx. %TM7

Se lanza %TM8

Set %Q0.11 (M7)

%Q0.9 (M6)

7

8

9

10

%TM3.Q (2s)

(FD1)

%TM4.Q (2s)

%TM5.Q (2s)

%I0.12 (FD4)

Reset %Q0.5 (EV1)

Reset %Q0.8 (EV2)

Reset %Q0.4 (M2)

Reset %Q0.6 (M3)

Reset %Q0.7 (M4)

11

16

Pide Valor

Del Registro

%TM0.Q ∩%TM7.Q

%TM18.Q ∩%R0.E

12

17

Preselecciona

%TM9.P

%I0.18 (FD5)

%TM9.Q ∩%R1.E

%TM9.Q

P.E

P.E

P.E

P.E

P.E

14

%I0.14

15 P_U_OL

P_U_OL

P_U_OL

P_U_OL

P_U_OL



Reset %Q0.11 (M7)

18 Esperando

para salir 19 Esperando para

salir

13

%R0.E ∩%R1.E

P∩OL

P.E



BLOQUES FUNCIONALES UTILIZADOS:

TEMPORIZADORES:

En el programa se utilizaron varios temporizadores ondelay entre los cuales los principales realizan las siguientes funciones:

Temporizador Función

%TM1 Controlar el tiempo por el cual las papas pasan por la maquina freidora el cual tiene un valor de 5s

%TM2 Controlar el tiempo de apertura de la Electroválvula en la tolva que contiene las papas (EV4), este tiempo dependerá del pedido realizado (25gr, 30gr o 33gr)

%TM3 Controlar el tiempo de apertura de las electroválvulas de sabores EV5 y EV6 las cuales corresponden a los sabores de pollo y BBQ respectivamente.

%TM4 Controlar el tiempo de transporte de las papas desde el punto de descargue de la tolva a través de EV4 hasta la sección de aplicación de sabores mediante EV5 y EV6 las cuales corresponden a los sabores de pollo y BBQ respectivamente.

%TM8 Controla el tiempo que dura energizada la máquina de empacado, la cual dependerá también del tipo de pedido realizado anteriormente (25gr, 30gr o 33gr)

PARA %TM2

25 g por 12 paquetes, tiempo de apertura de EV4, 5 segundos. 30 g por 12 paquetes, tiempo de apertura de EV4, 7 segundos. 33 g por 12 paquetes, tiempo de apertura de EV4, 9 segundos.



PARA %TM3

Las electroválvulas de los sabores tienen los siguientes tiempos de apertura dependiendo del tamaño pedido:

Tamaños 25 g 30 g 33 g

Sabor Pollo EV5 5 segundos 7 segundos 9 segundos

Sabor BBQ EV6 5 segundos 7 segundos 9 segundos

Para %TM8 La selladora tendrá los siguientes tiempos de encendido dependiendo del tamaño escogido en el pedido:

Tamaños 25 g 30 g 33 g

Tiempo de Sellado 2 4 6

CONTADORES

%C0: Con cada entrada de pedido (de 25g, 30g y 33g) al inicio del proceso el contador aumenta su cuenta en uno. Al cerrarse cualquiera de las electroválvulas de sabores disminuye en uno el contador, de tal manera que cuando el valor actual del contador (%C0.V) sea igual a cero, éste envía la orden de acabar con el proceso de saborizado. %C1: Realiza la cuenta de los pasos de la etapa de volcadura y corte para dar por finalizado el proceso de elaboración de bocadillo. Al igual que para %C0 su el valor actual de su cuenta es comparado con una palabra asignada a cada uno de los pedidos.

CONTADORES DE PASOS

%SC0: Es el encargado del proceso de saborizado. En el primer paso abre y cierra la electroválvula del contenedor y además enciende la banda transportadora 4 (%Q.11). En el segundo paso transporta las papas hacia las electroválvulas de saborizado. En el tercer paso apaga la banda transportadora (%Q0.11) y abre una de las electroválvulas de saborizado. Y dependiendo de la cola de pedidos en el cuarto paso puede finalizar el proceso o volver al primer paso. %SC1: es el encargado del proceso de empacado. En el primer paso energiza el motor de sellado y empacado (%Q0.15) durante un tiempo determinado previamente por el tipo de pedido.



En el segundo paso desenergiza el motor de sellado y empacado (%Q0.15) y dependido de la cola de pedidos, vuelve al paso 1 o termina el proceso de empacado y sellado.

DRUM

%DR0: Controla el proceso cierre de las electroválvulas EV2 (%Q0.5) y EV3 (%Q0.8) y el pagado en cascada a intervalos de 2 segundos de los motores M2 (%Q0.4), M3 (%Q0.6) y M4 (%Q0.7). el avance de los pasos del DRUM es controlado por el bit del sistema %S6. El DRUM0 consta de 8 pasos Paso 0: No hace nada. Paso 1: desenergiza las electroválvulas EV2 (%Q0.5) y EV3 (%Q0.8). Paso 2: No hace nada. Paso 3: Desenergiza el motor de la banda transportadora 1 (%Q0.4). Paso 4: No hace nada. Paso 5: Desenergiza el motor de la cuchilla tajadora (%Q0.6). Paso 6: No hace nada.

Paso 7: Desenergiza el motor de la banda transportadora 2 (%Q0.7).

REGISTROS

Registro Función

%R0 De tipo FIFO, en este registro almacenaremos la información de los pedidos realizados cantidad (25gr, 30gr

o 33gr) y sabor (pollo, BBQ) la cual se utilizara en la apertura de EV4, EV5 y EV6

%R1 De tipo FIFO, en este registro almacenaremos la información de la cantidad en el pedido realizado (25gr,

30gr o 33gr) la cual se utilizara en el proceso de empacado



COMPARADORES Y BLOQUES DE ASIGNACION

Los comparadores se utilizaron para determinar cuál de las electroválvulas de saborizado debía abrirse dependiendo del pedido, y los bloques de asignación para asignar el valor de preselección a los temporizadores dependiendo del tipo y sabor de cada pedido.



CONCLUSIONES

Para la programación de un controlador lógico programable PLC resulta mejor la metodología GRAFCET o de ciclos, la cual al caracterizar los pasos existentes, y dentro del desarrollo general no permite que variaciones externas o no consideradas afecten el comportamiento normal del sistema.

La herramienta de programación TWIDO brinda diversos bloques funcionales para facilitar la ejecución de los requerimientos que proporcione el problema, algunos de ellos fueron utilizados satisfactoriamente en el presente trabajo con el propósito de relacionarnos de la mejor manera con el desarrollo de software de control de procesos.

La automatización de procesos es hoy por hoy una herramienta de vital importancia en la inherente necesidad que poseen tanto las grandes fábricas como los pequeños talleres de ser competitivos en el mercado. Por lo cual el proceso de ingeniería es cada vez más solicitado para el mayor aprovechamiento de las herramientas tecnológicas, así como la optimización de recursos y tiempo.

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