This article presents the automation of bottling plant, and it suggests a predictablemaintenance system based on Logic Fuzzy techniques. For the implementation ofthe prototype, the programming software was used for the controller Zelio of Schneider Electric.Este artículo presenta la automatización de una planta de embotellamiento ypropone un sistema de mantenimiento predictivo basado en técnicas de Lógica Borrosa.Para la implementación del prototipo, se utilizó el software de programación para los autómatas Zelio de Schneider Electric

Hernández, Jesús

Tabares Ospina, Héctor A.

Este artículo presenta la automatización de una planta de embotellamiento ypropone un sistema de mantenimiento predictivo basado en técnicas de Lógica Borrosa.Para la implementación del prototipo, se utilizó el software de programación para losÂ autómatas Zelio de Schneider Electric.This article presents the automation of bottling plant, and it suggests a predictablemaintenance system based on Logic Fuzzy techniques. For the implementation ofthe prototype, the programming software was used for the controller Zelio of SchneiderÂ Electric

Tabares, Héctor

Revistas de Investigación UGC (Universidad La Gran Colombia)

56 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAAUTOMATIZACIÓN PLANTADE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESODE TRANSFORMACIONES VEGETALESDE LA FACULTAD DE INGENIERÍADE LA UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIASECCIONAL ARMENIA, APLICANDO CONTROLBORROSO PARA LA DETECCIÓN DE ALARMASFecha de Recepción: Enero 2 de 2007Fecha de Aceptación:  Febrero 15 de 2007Héctor Tabares *Jesús Hernández *** Docente Investigador, Programa Ingeniería de Sistemas. Universidad La Gran Colombia,Seccional Armenia, Colombia. docinvestigador@ugca.edu.co** Profesor Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Medellín, Colombia.jahernan@unalmed.edu.coRESUMEN.Este artículo presenta la automatización de una planta de embotellamiento ypropone un sistema de mantenimiento predictivo basado en técnicas de Lógica Borrosa.Para la implementación del prototipo, se utilizó el software de programación para losautómatas Zelio de Schneider Electric.Palabras claves:LÓGICA BORROSA, LÓGICA DIFUSA, CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE.AUTOMATION PLANTS OF BOTTLING OF THE LINE OF PROCESS OF VEGETABLE TRANS-FORMATION FROM  ENGINEERING OF LA GRAN COLOMBIA UNIVERSITY ,  ARMENIA,APPLYING FUZZY CONTROL FOR ALARM DETECTION.Revista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 57 - SOPHIAABSTRACT.This article presents the automation of bottling plant, and it suggests a predict-able maintenance system based on Logic Fuzzy techniques. For the implementation ofthe prototype, the programming software was used for the controller Zelio of SchneiderElectric.Keywords:DIFFUSE LOGIC, BLURRY LOGIC, PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER.1. INTRODUCCIÓNEste artículo presenta una propues-ta para automatizar “La planta de embo-tellado, línea de transformaciones vege-tales  de la Facultad de Ingeniería de laUniversidad La Gran Colombia, seccionalArmenia”, usando un sistema experto bo-rroso para la gestión de alarmas.Para la automatización de la plan-ta, se utilizó un controlador lógico pro-gramable. Por lo tanto, este trabajocomienza con una introducción a la pro-gramación de autómatas en GRAFCET.Seguidamente se expone la planta aautomatizar sus componentes, la ges-tión de alarmas y el prototipo inteligen-te propuesto para su tratamiento. Secontinúa presentando el diagrama fun-cional GRAFCET que describe el funcio-namiento de la planta. Para la imple-mentación del prototipo se empleó elsoftware de programación para los au-tómatas Zelio de Schneider Electric[1].Finaliza el artículo exponiendo las prin-cipales conclusiones obtenidas de estetrabajo investigativo.2. PROGRAMACIÓN EN GRAFCETDE UN AUTÓMATAPROGRAMABLE. [2]El GRAFCET surge en Francia a me-diados de los años 70, debido a la cola-boración de algunos fabricantes de au-tómatas como Telemecanique y Apercon dos organismos oficiales, AFCET(Asociación Francesa para la Cibernéti-ca, Economía y Técnica) y ADEPA(Agencia Nacional para el Desarrollo dela Producción Automatizada). Homolo-gado en Francia, Alemania y posterior-mente por la Comisión Electrónica In-ternacional (IEC 848, año 1988)Actualmente, es una herramientaimprescindible cuando se trata de au-tomatizar procesos secuenciales decierta complejidad con autómatasprogramables.  El GRAFCET es un diagrama fun-cional que describe la evolución del pro-ceso que se quiere automatizar. Estádefinido por unos elementos gráficos yunas reglas de evolución que reflejanla dinámica del comportamiento del sis-tema.  Aunque son innumerables las for-mas de combinar las posibilidades deun GRAFCET, la figura 1 resume lasque se utilizan con más frecuencia.Las acciones de las etapas y las varia-bles de las transiciones son ficticias,puesto que no se ha pretendido re-solver algún problema concreto.EL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...58 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAFigura 1. Símbolos y Reglas del GRAFCET.Como se observa en el cuadro, enlas transiciones puede intervenir más deuna variable. En general será una fun-ción lógica que tiene en cuenta solamen-te las variables que se necesitan paraavanzar a la siguiente etapa, no impor-tando el estado del resto de variables.Además de las variables del proceso,en las transiciones puede intervenir elestado de otras etapas del esquema ode esquemas independientes, de modoque varias cadenas secuenciales podránestar relacionadas por la consulta delestado de etapas.Las acciones de las etapas no tie-nen porque corresponder necesaria-mente con el control de accionadores,también pueden representar accionespropias de programación, como co-nexión y desconexión de memorias, lan-zamiento de temporizadores, control decontadores, ejecución de partes del pro-grama que se encargan de tareas es-peciales como puede ser modificacio-nes de parámetros en procesos de re-gulación, selección de subrutinas, etc.Especial atención merece las po-sibilidades de salto, como repeticioneso selección de secuencia, así como lasejecuciones de secuencias simultáneas.En este último caso, cada secuenciaavanza independiente, pero es obliga-da a esperar cuando se encuentra elcierre con doble trazo, aunque se cum-Héctor Tabares, Jesús HernándezRevista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 59 - SOPHIApla la transición siguiente. Dicha transi-ción, sólo es tenida en cuenta cuandotodas las secuencias simultáneas hanfinalizado.En las etapas pueden ponerse va-rias acciones, bien en fila o formandouna lista, pero el orden en que se colo-quen no implica un orden de ejecución,sino que todas se ejecutan a la vez. Sinembargo, algunas acciones pueden te-ner condiciones adicionales de ejecución,(véase acción H de etapa 10), cuya ac-tivación exige que esté activa la etapa10 y a la vez, que se cumpla la condi-ción «u» que tiene asociada. Esto per-mite establecer turnos de ejecución,obligando a que determinadas accionesse vayan activando sólo cuando hayanterminado otras.La norma establece una serie deprincipios para representar un GRAFCET,entre los que cabe destacar los siguien-tes: las líneas descendentes no lleva-rán flecha y serán horizontales o verti-cales, a menos que de otra forma seaporte claridad al esquema. Se admi-ten los cruces, pero deben evitarse por-que se pueden confundir con unionesde lineales.3. PLANTA DE EMBOTELLADO.Se pretende realizar un automa-tismo aplicando el sistema híbrido en-tre Autómata Programable y Controla-dor Borroso, el primero para manejarel sistema de control y el segundo parael tratamiento de alarmas, que permitaefectuar el llenado y transporte de cier-to líquido de la Línea de Proceso deTransformaciones Vegetales en la Plantade Alimentos de la Facultad de Inge-niería de la Universidad La Gran Colom-bia, seccional Armenia, formado por lamezcla de dos componentes A y B.Para ello se dispone de una instalacióncomo se muestra en la figura 2.ComponentesSe dispone de dos depósitos (A yB), cada uno con sensores de nivel (S3y S4) y electroválvulas monoestables(V4 y V5) que permiten realizar el lle-nado. Los dos depósitos vierten sobreotro más pequeño (C) con capacidadpara 0.900 litros, por medio de laselectroválvulas V2 y V3.  El depósito (C)posee un sensor de nivel capacitivo cuyotransmisor envía una señal analógicaentre 0 y 10 voltios, proporcional alvolumen contenido. Con el objeto dehomogeneizar la mezcla durante el pro-ceso de llenado, se activa el motor demezcla con cambio automático de sen-tido de giro cada 10 segundos. Cuandose alcanza el máximo nivel, continúaactivo el motor de mezcla y comienzala etapa de calentamiento (R), que tie-ne como propósito la eliminación demicroorganismos por diferencia de tem-peratura. Cuando ésta alcanza el valormarcado en el termóstato, se produceuna señal digital  (TMP) que desactivael motor de mezcla, la resistencia tér-mica y activa la válvula (V1), iniciándoseel proceso de vaciado sobre la botella.Ésta es transportada por una cinta des-de el punto de llenado en el que se en-cuentra un sensor de posición (SP). Unavez hayan procesado 4 botellas, se pro-cede al llenado de los depósitos A y B.EL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...60 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAFigura 2. Planta embotellado.Panel de mandoEstá formado por los siguientes elemen-tos, como se ilustra a continuación:MARCHARST ALARMAPARARSETAEMERGENCIALAFC LASN• Pulsador de marcha (Pm).• Pulsador de parada (Pp): el opera-dor lo activa en cualquier momentodel proceso, pero la orden se ejecu-ta sólo cuando los tanques A y B seencuentran vacíos.• Pulsador Reset Alarma (Pra): Paracontinuar con la automatización si hasido congelada por la activación deuna alarma.• Pulsador de Emergencia (Pe): El sis-tema congela el automatismo me-diante una zeta de emergencia en elpupitre de control. El operador indicala finalización de la situación de emer-gencia al rearmar la zeta de emer-gencia.• Lámparas LAFC, LASN para la super-visión del sistema.Gestión de AlarmasLas situaciones en las que se debeproducir una alarma en el sistema son:• Si estando en la fase de calentamien-to del depósito C, se detecta que eltermostato  no responde antes de100 segundos, el sistema debe en-cender una lámpara (LASC) con fre-cuencia de 1 Hz.• Si durante la fase de llenado, el nivelsupera los 0.900 litros, el sistemaHéctor Tabares, Jesús HernándezRevista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 61 - SOPHIAdebe encender la lámpara (LASN) confrecuencia de 1 Hz.En cualquiera de los anteriores ca-sos, el autómata congela el proceso.Solucionado el problema, el ope-rador actúa sobre el pulsador de RSTALARMA (Par) para desactivar la alar-ma y continuar con el proceso.Arquitectura gestión de alarmas.Este sistema inteligente, ha sido di-señado para monitorizar y analizar di-versos tipos de fuentes de información.Es decir, medidas recibidas de formacontinua y automática a través de unsistema de adquisición de datos desensores instalados en la planta.Todos estos datos son analizadospor medio del uso de modelos de com-portamiento normal implantados, prin-cipalmente mediante técnicas de Lógi-ca Borrosa [3], [4], [5], [6], [7], [8],[9], [10], [11], [12], [13], [14]. Losmodelos funcionan de tal forma quecada uno predice la evolución de susvariables de salida en función de la evo-lución de sus variables de entrada, encondiciones consideradas como habi-tuales o de funcionamiento normal dela planta [15]. A partir de estos mode-los de comportamiento normal de loscomponentes de la planta, se puede de-tectar anomalías o desviaciones entreel comportamiento real y el esperadocomo normal para las condiciones detrabajo existentes. Si se detecta algu-na anomalía, el módulo experto de diag-nóstico es activado y emite una seriede diagnósticos y acciones de manteni-miento a realizar [16], [17] de acuer-do a la anomalía detectada. Este mo-dulo Experto de Diagnóstico esta basa-do en conceptos de representación delconocimiento e inferencia con LógicaBorrosa. [3]Una vez que el problema ha sidoidentificado, el sistema adaptará lasacciones de mantenimiento de acuerdoa esta situación, atendiendo criterio detipo técnico, es decir relativo al estadode salud de los componentes, criterioseconómicos y otros denominados cri-terios de oportunidad [18]. En este sen-tido, los resultados que proporcionanson: Diagnóstico de fallas y acciones demantenimiento que corrigen o eliminanlas anomalías detectadas.Para el caso particular de la plantade embotellado, se presenta la estra-tegia de gestión de alarmas, acotándo-lo o a las tareas de detección de ano-malías y diagnóstico incipiente de fallos,como se ilustra en la Tabla 1.REGLA 1:SI (Termostato no responde)Entonces    DIAGNÓSTICO:    Fallo Resistencia Calefacción    MANTENIMIENTO:    Reparación.FinSIREGLA 2:SI (Sobre Nivel) Entonces   DIAGNÓSTICO:   Fallo electroválvulas V2, V3   MANTENIMIENTO:   Reemplazamiento.FinSIEL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...62 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIA4. DIAGRAMA FUNCIONALGRAFCET DE LA PLANTA DEEMBOTELLADO.En las figuras 4 y 5 se muestranlas etapas en que está dividido el diagra-ma GRAFCET y las acciones a realizarFigura 4. Diagrama GRAFCET Nivel 1. Módulo Inteligente, detección y diagnóstico de anomalías.en cada una. También se especifican lascondiciones de transiciones entre lasetapas.Héctor Tabares, Jesús HernándezFigura 5. Diagrama general GRAFCET Nivel 1.Revista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 63 - SOPHIA5. IMPLEMENTACIÓN PROTOTIPOPara la implementación del proto-tipo, se utilizó el software de progra-mación para los autómatas Zelio deSchneider Electric. Permite simular el fun-cionamiento de los programas sin ne-cesidad de disponer del PLC. La progra-mación se puede hacer en modo con-tactos (LD) o funciones lógicas (FBD).Además permite introducir los progra-mas dibujándolos, mediante el editor, oa través de un interfaz que simula elaspecto físico de la controladora Zelioelegida.Los dispositivos básicos que em-plea el prototipo se ilustran a continua-ción:Tabla 2. Dispositivos básicos.EL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...Funciones Sensores                 Preaccionadores     Interfaz PLCAcondicionamientodel líquidoMezcla de A y Ben CTransporte delproducto finalFallaCalentamientoSobre NivelComunicaciones2 sensores de nivelcapacitivos S3 y S4Un sensor detemperatura TMP.Un sensor de nivelcapacitivo analógico.1 sensor de posiciónSP.2 electroválvulasmonoestables V4 yV5.2 electroválvulasmonoestables:V2 y V32 contactores:MTR y R.1 electroválvulamonoestable V1.1 contactor paramovimiento aderecha MC.1 Piloto: LASC1 piloto LASN3 entradas 24 Vcc2 salidas 24 Vcc, 0.5 A.1 entrada analógicade 0-10 V.2 salidas 24 Vcc, 0.5 A.1 entradas 24 Vcc.2 salidas 24 Vcc, 0.5 A.1 salida 24 Vcc 0.5 A.1 salida 24 Vcc 0.5 A.1 puerto decomunicación serieentre PLC y PC.64 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAA continuación se ilustra la defini-ción de variables de entrada analógico/digital, salidas, etapas del proceso aautomatizar y su respectivo diagramaen escalera [16].Tabla 3. Entradas digitales.Tabla 4. Entradas analógicas escaladasentre 0 y 10 Volt.Tabla 5. Salidas digitales.No. ComentarioQ1 Válvula V4Q2 Válvula V5Q3 Válvula V2Q4 Válvula V3Q5 Válvula V1Q6 Motor Giro Der.Q7 Motor Giro Izq.Q8 R TérmicaQ9 MCQA Alarma Fallo CalentamientoQB Alarma Sobre NivelNo. Parámetro ComentarioA1 Ib = 9.0 Volt. Depósito llenoA2 Ib = 0.0 Volt. Depósito vacío.A3 Ib > 9. Volt. SobreNivelNo. ComentarioI1 Pulsador de marcha (Pm)I2 Pulsador de parada (Pp)I3 Pulsador Reset Alarma (Pra)I4 Pulsador de Emergencia (Pe)I5 Sensor de Nivel (SN3)I6 Sensor de Nivel (SN4)I7 Sensor Temperatura (TMP)I8 Sensor de Posición (SP)No. ComentarioM1 InicializaciónM3 Introducir líquidoM5 Introducir ConcentradoM8 Salida líquido y concentrado detanques A y BMA Giro Motor DerechaMB Giro Motor Izquierda.MF CalentamientoMH Salida mezcla preparadaMJ Motor CintaMP Señal de EmergenciaMS Falla Resistencia CalentamientoDiagnóstico y Mto.MV Falla Sobre NivelDiagnóstico y Mto.Tabla 6. Estados.Tabla 7. Temporizadores y contadores.No. ComentarioT1 10 segundos (Motor Der.)T2 10 Segundos (Motor Izq.)T3 100 Segundos (Calentamiento)T4 1 Segundo (Luz ON LASC)T5 1 Segundo (Luz OFF LASC)T6 1 Segundo (Luz ON LASN)T7 1 Segundo (Luz OFF LASN)C1 Contador, Límite conteo =4Héctor Tabares, Jesús HernándezRevista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 65 - SOPHIADiagrama de escalera, circuito de control planta de embotellamiento.Figura 6. Diagrama de escalera circuito de control.EL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...66 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAHéctor Tabares, Jesús HernándezRevista de Investigaciones U.G.C. // Año 3 Edición No. 3 // Marzo de 2007 67 - SOPHIAEL AUTOMATIZACIÓN PLANTA DE EMBOTELLADO DE LA LÍNEA DE PROCESO DE TRANSFORMACIONES VEGETALES ...6. CONCLUSIONESEl objetivo de este trabajo, con-siste en  automatizar la Planta de Em-botellamiento, Línea de Transformacio-nes Vegetales, de la Facultad de Inge-niería de la Universidad La Gran Colom-bia, seccional Armenia, aplicando con-trol borroso para la detección de alar-mas.Se diseñó un control borroso deacuerdo a una evaluación cuantitativadel estado de salud de las componen-tes. El sistema detecta dinámicamentelas irregularidades que se presentan enla planta e informa del evento y propo-ne acciones de mantenimiento de acuer-do a las necesidades reales y las condi-ciones de trabajo de los diferentes com-ponentes de la planta de embotellado.Para la implementación del proto-tipo, se utilizó el software de progra-mación para los autómatas Zelio deSchneider Electric, que permite simularel funcionamiento de los programas sinnecesidad de disponer del PLC.El análisis de los resultados obte-nidos por medio del simulador softwaredemuestra que la implementación (véa-se Figura 6), cumple con los requeri-mientos planteados en la etapa de aná-lisis de especificaciones.68 Universidad La Gran Colombia • Seccional Armenia - SOPHIAREFERENCIAS  BIBLIOGRAFICASY SITIOS DE INTERNET[1] ZELIOSOFT: Schneider Electric –Telemacanique: http://www.schneiderelectric.es/. Acceso 26 deFebrero de 2007.[2] http://es.wikipedia.org/wiki/GRAFCET]Marzo 26 de 2007.[3] R. 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Automation plants of bottling of the line of process of vegetable transformation From engineering of The Gran Colombia University , Armenia, Applying fuzzy control for alarm detection.

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Automatización planta de embotellado de la línea de proceso de transformaciones vegetales de la facultad de ingeniería de La Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, aplicando control borroso para la detección de alarmas.

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Automatización planta de embotellado de la línea de proceso de transformaciones vegetales de la facultad de ingeniería de La Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, aplicando control borroso para la detección de alarmas.

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