Tutorial: Embotelladora con GRAFCET

 Recientemente recibimos una solicitud a través de Instagram sobre un proceso que hemos revisado un par de veces, sin embargo, se tenían distintas consideraciones que hacen de este sistema un poco más complejo.

A continuación enlistaremos lo más relevante donde separamos por marcadores la información que nos indicará el tipo de sistema, las etapas que debe cumplir, consideraciones en su operación y consideraciones para el paro del sistema, además del lenguaje de programación que se solicita:

⦿ Un sistema para verter un producto en un envase y después colocar una tapa

⦿ El sistema se integra por una banda transportadora, una tolva y la máquina de taponado

➼ Los envases se colocan en la banda para posicionarlos debajo de la tolva 

➼ Al estar en posición, la banda se detiene y se procede al llenado, activando la válvula durante 3 segundos. 

➼ Después de este tiempo, se reinicia el movimiento para tapar el envase sin detener la cinta. 

‣ La operación debe durar menos de 5 segundos. 

○ El siguiente envase debe llegar a la posición de llenado después de finalizar el actual. 

○ Si el proceso dura más de 5 segundos o se recibe un envase antes, se debe detener hasta ser reiniciado por el operador.

○ El ciclo se debe operar de manera continua, mientras no se solicite el paro. 

○ Si el paro es solicitado, se debe concluir la etapa en la que se encuentre el envase.

➡ La solución debe desarrollarse en lenguaje GRAFCET

►Sistema◄

A partir de lo anterior podemos darnos cuenta de que, si bien el sistema cumple una función básica, las consideraciones adicionales en lo que respecta a su funcionamiento o su paro, hacen que sea más compleja su solución.

Al no tener una imagen gráfica del sistema, podemos proponer una que sería la siguiente:

Fig. 1: Sistema de embotellado.

Un detalle que resalta es que el tercer sensor no se encuentra completamente alineado con la máquina tapadora, esto se debe a las condiciones solicitadas donde, al requerir que la banda no se detenga, el sensor se colocó a una distancia considerable donde el movimiento del conveyor se sincronizará con la posición de la tapadora.

►Solución◄

Entonces podemos definir nuestras variables y ordenarlas en una table con la dirección correspondiente. Como utilizaremos Studio 5000 como plataforma de desarrollo, usaremos la nomenclatura de Rockwell Automation.

Salidas		Entradas
Motor	O:0/0	Sensor 1	I:1/0
Tolva	O:0/1	Sensor 2	I:1/1
Tapadora	O:0/2	Sensor 3	I:1/2
		Start	I:1/3
		Stop	I:1/4

Ahora segmentaremos nuestro sistema en distintas etapas:

Etapa 0: Arranca el conveyor y detiene a la tapadora si está encendida por un ciclo anterior. Hasta que el sensor 2 detecta en posición.

Etapa 1: Apaga el conveyor y enciende la tolva. Durante 3 segundos.

Etapa 2: Se apaga la tolva y se enciende el conveyor. Hasta que el sensor 3 detecta la posición.

Etapa 3: Se enciende la tapadora sin detener el conveyor. Se reinicia el ciclo si ya se colocó la tapa, si no se detuvo el sistema, si no se detectó la botella o si se presionó el botón de arranque.

Esta es la estructura del ciclo base sin las interrupciones indicadas, podemos observar que serán necesarias 4 etapas donde las condiciones de cada transición se indican en las etapas.

Respecto a las interrupciones, comencemos indicando que existe una posibilidad de que se presente una botella adicional en cada momento, por lo tanto, será necesaria una condición en paralelo a cada transición donde se requiere la intervención del operador, por este motivo es que se garantiza que los tres actuadores estén apagados y se reinicia el ciclo de trabajo cuando se presiona el botón de arranque.

Por otra parte, cuando se presiona el botón de paro, se derivan dos condiciones especiales que consisten en concluir la etapa en que estén la botella actual (llenado o tapado), después realizar el apagado de los equipos y finalmente, continuar el ciclo de trabajo cuando se presione el botón de arranque.

En lo que respecta a la condición de que el proceso debe durar menos de 5 segundos, he configurado las etapas principales de tal forma que se ejecutan en el tiempo solicitado, por lo cual es físicamente imposible un retraso y solo ocurriría en caso de un incidente, sin embargo, podríamos iniciar un timer en la etapa inicial y verificarlo en cada transición al igual que la presencia de la botella adicional.

Entonces, una vez definidas las etapas y sus transiciones, procedemos a la creación del diagrama en Studio 5000. de tal forma que quedará de la siguiente manera:

Fig. 2: Diagrama GRAFCET.

Sabemos lo complicado que resulta visualizar correctamente el diagrama anterior, por lo tanto incluimos este enlace a Google Drive con los PDF correspondientes al diagrama y a las especificaciones de cada etapa.

►Conclusiones◄

Al igual que en cualquier sistema que estemos dispuestos a automatizar, la clave para obtener un buen resultado consiste en identificar correctamente las variables del mismo, esto nos permitirá entender en qué momento y bajo qué circunstancias se realizará la activación y desactivación de los equipos de campo y actuadores.

Respecto al sistema revisado en esta ocasión, si bien resulta sencillo de resolver y es posible más de una solución, resulta interesante que con un par de restricciones y condiciones adicionales, la estructura de su funcionamiento se transforma a algo más complejo, aún si dichas condiciones parecen ser mínimas.

Agradecemos infinitamente a quien nos solicitó este sistema, recuerden que siempre estamos abiertos a sugerencias de temas a tratar.

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Y como siempre, gracias por leer.

-AHN