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1
DISEÑO, PLANEACIÓN Y DESARROLLO DE AUTOMATIZACIÓN
DE ULTRAPASTEURIZADOR DE LECHE CON LA EMPRESA
PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR
OSCAR ALEXANDER LANCHEROS SALAZAR.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.
FACULTAD TECNOLÓGICA.
INGENIERÍA EN CONTROL
2019.
2
Palabras Claves: Ultrapasteurizador; Esterilización; CIP (Cleaning in place); Control de
Procesos; Controlador Lógico Programable.
Resumen. Se encuentra un ultrapasteurizador de leche (esterilizador) chino marca
MINGCHEN, el cual no cumple con los requerimientos mínimos legales de calidad,
inocuidad y de microbiología (contaminación), así que la empresa propietaria del equipo
decide realizar una actualización en hardware y software para el cumplimiento de las
normas legales de calidad e higiénicas en el país. Para esta labor es contratada la empresa
PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS con el fin de dar una solución rápida y
eficiente.
En el presente proyecto de automatización industrial se busca desarrollar un programa para
el control del esterilizador con las fases de esterilización, producción y lavado, a través de
un PLC (Controlador lógico programable), bajo el criterio de operación de un panel táctil.
Con ello se desea tener un mejor control de las operaciones de sus variables de proceso y
así obtener productos idóneos que cumplan con los requerimientos para su posterior
consumo. Este proyecto tuvo un costo aproximado de $70’000.000 COP, el cual fue
ejecutado a partir del 29 de abril hasta el 15 de julio del presente año, cumpliendo una
intensidad horaria 504 horas durante aproximadamente 3 meses. Para el desarrollo de este
programa y aplicación de interfaz gráfica se realizó en las instalaciones de la empresa
PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS ubicada en la CL 64ª #50b-25, Bogotá DC
y fue implementado en las instalaciones del cliente final IBEASER SAS.
Abstract. There is a Chinese milk ultrapasteurizer (sterilizer) brand MINGCHEN, which
does not meet the minimum legal requirements for quality, safety and microbiology
(contamination), so the company that owns the equipment decides to perform a hardware
and software update for the Compliance with the legal standards of quality and hygiene in
the country. For this work the company PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS is
hired in order to provide a quick and efficient solution.
This industrial automation project seeks to develop a program for sterilizer control with
the sterilization, production and washing phases, through a PLC (Programmable Logic
Controller), under the criteria of operating a touch panel. With this it is desired to have a
better control of the operations of its process variables and thus obtain suitable products
that meet the requirements for its subsequent consumption. This project had an
approximate cost of $ 70,000,000 COP, which was executed from April 29 until July 15 of
this year, serving a 504 hours with an hourly intensity for approximately 3 months. For the
development of this program and graphic interface application, it was carried out at the
facilities of the company PROCESOS AUTOMATICOS CELTAR SAS located in CL 64ª
# 50b-25, Bogotá DC and was implemented at the IBEASER SAS end customer facilities.
3
Tabla de Contenido
1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 7 2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 7
2.1 General. ........................................................................................................... 7 2.2 Específicos. ..................................................................................................... 8
3. PLAN DE TRABAJO. ............................................................................................ 8 4. NORMAS Y REGULACIONES ............................................................................ 9 5. CONTENIDO ....................................................................................................... 10
5.1 Descripción del sistema. ............................................................................... 10 5.2 Obligaciones ................................................................................................. 10
5.2.1 Obligaciones comerciales ............................................................................. 10 5.2.2 Obligación moral .......................................................................................... 11
5.2.3 Obligación comercial .................................................................................... 11 5.3 Arquitectura de Red. ..................................................................................... 11
5.4 Listado de Hardware ..................................................................................... 13 5.5 Listado de I/Os .............................................................................................. 14 5.6 Descripción de proceso. ................................................................................ 17
5.6.1 Fase CIP (Cleaning in Place) ........................................................................ 17 5.6.2 Fase AIC (Aseptic intermediate cleaning). ................................................... 22
5.6.3 Fase esterilización ......................................................................................... 25 5.6.4 Fase de circulación agua estéril .................................................................... 28 5.6.5 Fase de producción ....................................................................................... 28
6. DESCRIPCIÓN PROGRAMA PLC. ................................................................... 31
6.1 Descripción de tareas. ................................................................................... 32 6.1.1 Tarea 1. MainTask (Tarea continua). ............................................................ 33 6.1.2 Tarea 2. Phases (Tarea periódica). ................................................................ 34
6.1.3 Tarea 3. PID´s (Tarea Periódica). ................................................................. 36 6.2 Add-on instructions (AOI´s) ......................................................................... 37 6.2.1 AOI Motor .................................................................................................... 37
6.2.2 AOI Motor VFD ........................................................................................... 38 6.2.3 AOI Valve ..................................................................................................... 39 6.2.4 AOI Modulant Valve .................................................................................... 40 6.2.5 AOI Analog in scale...................................................................................... 41 6.2.6 AOI Analog out scale.................................................................................... 42
6.2.7 AOI Secuence Control .................................................................................. 43
6.2.8 AOI Step_Decode ......................................................................................... 44
7. DESCRIPCIÓN PROGRAMA SUPERVISIÓN. ................................................. 45 7.1 Encabezado ................................................................................................... 46 7.2 Niveles de acceso .......................................................................................... 47 7.3 Acceso a pantallas ......................................................................................... 48 7.4 Proceso .......................................................................................................... 48
7.4.1 Controles ....................................................................................................... 49 7.5 Panel de control............................................................................................. 51
4
7.5.1 Cuadro de operación. .................................................................................... 51
7.5.2 Botones control de fase ................................................................................. 55 7.5.3 Memorias del equipo..................................................................................... 55 7.5.4 Capacidad del equipo .................................................................................... 56 7.5.5 Señales de comunicación .............................................................................. 56 7.6 Recetas .......................................................................................................... 56
7.6.1 Crear nueva receta......................................................................................... 59 7.7 Alarmas ......................................................................................................... 61 7.7.1 Indicadores de alarmas .................................................................................. 62 7.7.2 Listado de alarmas ........................................................................................ 63 7.8 Tendencias .................................................................................................... 67
7.9 Preparaciones ................................................................................................ 68 7.9.1 Puntos de control generales .......................................................................... 68
7.9.2 Puntos de control opcionales ........................................................................ 69 7.10 Operación ...................................................................................................... 69
7.10.1 Ejecución de fases. .................................................................................... 69 7.11 Parámetros finales ......................................................................................... 71 7.11.1 Parámetros esterilización. ......................................................................... 71
7.11.2 Parámetros producción.............................................................................. 72 7.11.3 Parámetros CIP ......................................................................................... 73
7.11.4 Parámetros CIP intermedio. ...................................................................... 74 7.12 Lazos de control PID .................................................................................... 74 7.12.1 Lazo de control FIC01 .............................................................................. 75
7.12.2 Lazo de control TIC02 .............................................................................. 75
7.12.3 Lazo de control TIC04 .............................................................................. 76 8. CONCLUSIONES ................................................................................................ 76
5
Lista de tablas
Tabla 1. Listado de Hardware. ...................................................................................... 13 Tabla 2. Listado de entradas digitales. ......................................................................... 15 Tabla 3. Listado de salidas digitales. ............................................................................. 16 Tabla 4. Listado de entradas analógas. ......................................................................... 17
Tabla 5. Listado de salidas análogas. ............................................................................ 17 Tabla 6. Listado de pasos en la fase de CIP. ................................................................. 19 Tabla 7. Listado de pasos en la fase de AIC. ................................................................ 23 Tabla 8. Listado de pasos en la fase de esterilización. ................................................. 26 Tabla 9. Listado de pasos en la fase de producción. .................................................... 29
Tabla 10. Listado de pantallas en HMI. ........................................................................ 46 Tabla 11. Tabla de usuarios y permisos. ....................................................................... 48
Tabla 12. Tabla botones de control. .............................................................................. 52 Tabla 13. Tabla de estados de fase. ............................................................................... 52
Tabla 14. Tabla de estados de botón de condiciones iniciales. .................................... 52 Tabla 15. Botones de control de fase. ............................................................................ 55 Tabla 16. Botones de control de alarmas. ..................................................................... 62
Tabla 16. Listado de alarmas. ........................................................................................ 66 Tabla 18. Botones de control tendencias. ...................................................................... 67
6
Lista de figuras
Figura 1. Arquitectura de Red. 12
Figura 2. Configuración Hardware en PLC. 31
Figura 3. Organización de tareas del controlador. 33
Figura 4. Configuración Tarea 1 - Maintask. 34
Figura 5. Configuración Tarea 2 - Phases. 35
Figura 6. Propiedades de tarea periódica - Phases. 35
Figura 7. Propiedades de tarea periódica - PID. 36
Figura 8. Configuración Tarea 3 – PID. 36
Figura 9. AOI de Motor. 37
Figura 10. AOI de Motor con variador. 39
Figura 11. AOI de Válvula. 40
Figura 12. AOI de Válvula proporcional. 41
Figura 13. AOI de Entrada analógica. 42
Figura 14. AOI de Salida analógica. 42
Figura 15. AOI Control de secuencia. 43
Figura 16. AOI Decodificador de pasos. 44
Figura 17. Barra de encabezado. 46
Figura 18. Barra de acceso de usuarios 47
Figura 19. Barra de acceso a pantallas. 48
Figura 20. Pantalla de proceso. 49
Figura 21. Ventana de control de bombas. 49
Figura 22. Pantalla panel de control. 51
Figura 23. Pantalla de condiciones iniciales. 53
Figura 24. Pantalla de parámetros de esterilización. 54
Figura 25. Área de memorias de fases del ultrapasteurizador. 55
Figura 25. Área de señales entre ultrapasteurizador y maquina llenadora. 56
Figura 27. Pantalla de recetas. 58
Figura 28. Nombre de receta. 59
Figura 29. Editar nombre de receta. 59
Figura 30. Receta - Edición de valores de parámetros. 60
Figura 31. Receta – Guardar cambios. 61
Figura 32. Pantalla de alarmas. 62
Figura 33. Pantalla de tendencias. 67
Figura 34. Operación – Parámetros. 69
Figura 35. Operación – Verificación condiciones iniciales. 70
Figura 36. Operación – Verificación señal llenadora. 70
Figura 37. Operación – Indicador de fase. 71
Figura 38. Parámetros – Fase de esterilización. 71
Figura 39. Parámetros – Fase de producción. 72
Figura 40. Parámetros – Fase de CIP. 73
Figura 41. Parámetros – Fase de AIC. 74
Figura 42. Lazo PID FIC01. 75
Figura 43. Lazo PID TIC02. 75
Figura 44. Lazo PID TIC04. 76
7
1. INTRODUCCIÓN
Dentro del campo industrial existen varios aspectos importantes como la seguridad, la
eficiencia, la calidad, los costos de operación, entre otros. La eficiencia es tal vez uno
de los factores más relevantes ya que este tiene grandes implicaciones dentro del proceso
productivo: fabricación, almacenamiento, transporte y comercialización; es por ello que
siempre se busca lograr procesos que no solo generen grandes ganancias, sino que
también entreguen productos de calidad, que tengan condiciones óptimas para los
operarios, que sean seguros y que tengan tecnologías apropiadas, es decir, procesos
productivos y eficientes de forma integral.
Procesos Automáticos CELTAR SAS, empresa dedicada al diseño e implementación de
tecnología para la automatización industrial, requiere desarrollar un proyecto donde se
busca realizar el control de un ultrapasteurizador de leche de procedencia china, el cual
requiere la actualización de hardware y software para cumplir los requerimientos legales
para su correcto funcionamiento.
Debido a lo expuesto anteriormente se requiere crear un diseño adecuado para la
automatización de dicho proyecto, en el cual se abarquen los siguientes aspectos:
especificar el alcance del mismo en cuanto a magnitud de entradas, salidas, procesos y
expansión; diseño de arquitectura de red necesaria; recolección de datos del proceso;
creación del manual de operaciones; selección y operación de los tipos de instrumentos
y equipos a utilizar así como sus accesorios, tipo de montaje, cableado, configuración,
programación del controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés),
ajustes, puesta en marcha del sistema y recomendaciones para futuras etapas.
2. OBJETIVOS
2.1 General.
• Realizar el diseño, planeación, desarrollo y ejecución de la automatización de
un ultrapasteurizador de leche con la empresa PROCESOS AUTOMATICOS
CELTAR SAS.
8
2.2 Específicos.
• Diseñar estrategia de control y desarrollar lógica de control en PLC Allen
Bradley de las fases de esterilización, agua estéril, producción y CIP (Cleaning
in place).
• Diseñar y configurar arquitectura de red Ethernet TPC/IP.
• Realizar configuración y escalización de transmisores de temperatura, nivel,
flujo y presión.
• Realizar la sintonización de dos lazos de control PID de temperatura y flujo.
• Desarrollar el sistema de supervisión HMI para la operación del equipo.
• Realizar pruebas FAT, SAT y commisioning.
• Elaborar manual de operación de esterilizador.
• Realizar capacitación a personal de planta del proyecto ejecutado.
• Brindar acompañamiento a cliente final de las fases desarrolladas.
3. PLAN DE TRABAJO.
El plan de trabajo del proyecto de la automatización del equipo consta de varias etapas:
Etapa I: Gestión de Proyecto
• Planificación o cronograma.
• Proceso de ejecución.
• Proceso de seguimiento y control.
• Proceso de cierre.
Etapa ll: Diseño
• Recopilación de información del equipo.
• Listado se señales.
• Listado de Hardware y Software.
• Diseño del nuevo hardware con la topología de red.
• Rediseño de plano de distribución de tablero.
• Listado de herramientas de mano.
9
Etapa lll: Requerimientos y adquisiciones
• Servicio de programación con actuadores y sensores presentes
• Servicio de diseño de aplicación del TP
• Servicio de cambio de cableado y reestructuración de tablero.
Etapa IV: Implementación
• Montaje y ubicación de equipos en el tablero.
• Instalación de programa en el PLC.
Etapa V: Puesta en marcha
• Pruebas de comunicación entre PLC y TP
• Pruebas y verificación de señales del equipo punto a punto.
• Sintonización de lazos de control
• Pruebas de lavado, esterilización y producción con agua.
• Pruebas en marcha con producto.
• Pequeños cambios en la programación y diseño de la pantalla.
4. NORMAS Y REGULACIONES
Para el diseño, desarrollo e implementación de este proyecto se debe cumplir con
algunas normas y regulaciones nacionales e internacionales, estas son:
• SO 9001.
• NTC 2050.
• RETIE.
• NEMA 250.
• IEC-60529.
• IEC-61131 Parte 3.
• ISA S20.
• ISA 95.
• ISA 101.
10
5. CONTENIDO
5.1 Descripción del sistema.
Para la implementación del sistema se usa como controlador un PLC compactlogix
1769-L30ER, además se cuenta con una HMI (Panel view) para el control del equipo,
estos dos son marca ALLEN BRADLEY. El propósito principal del sistema es
desarrollar un programa el cual cumpla las condiciones necesarias para que el equipo
esterilice los productos correctamente, para que esto se cumpla el PLC recibe señales
de campo de los transmisores de temperatura, nivel y flujo directamente conectadas a
las tarjetas de entradas análogas (1769-IF8), asimismo se cuenta con sensores de
confirmación de posición, esto para asegurar que verdaderamente las válvulas de
solenoide cambian su posición cuando son obturadas; se obtiene también la
confirmación de guarda motores y contactores de los motores para establecer su estado
bajo cualquier anomalía, están señales están conectadas en los módulos de entradas
digitales (1769-IB32). Con estas señales se hace posible en control de motores,
válvulas, válvulas proporcionales y variadores de velocidad.
Para el control eficaz del esterilizador, todos los equipos deben estar energizados y
funcionando correctamente, de lo contrario no se asegura que el equipo tenga un
funcionamiento adecuado. Desde la HMI se puede controlar todos los actuadores de un
modo manual o automático, igualmente se cuenta con pantallas muy completas para
facilitar el uso del equipo al operador y así asegurar el correcto uso del esterilizador.
5.2 Obligaciones
Los fabricantes de alimentos están siempre obligados a mantener altos estándares de
higiene y calidad; Esto se aplica tanto para líneas de producción, tanques de preparación
o tanques de almacenamiento. Esta obligación puede considerarse en tres epígrafes.
5.2.1 Obligaciones comerciales
Los productos buenos, sanos y limpios que se mantienen bien y están libres de peligros
para la salud son obviamente buenos para el comercio; Los clientes comprarán el
mismo producto otra vez. Sin embargo, si un producto está contaminado, no se
mantiene bien o es objeto de quejas a las autoridades, lo contrario es cierto, y la
11
publicidad resultante es muy perjudicial. Los efectos potenciales de una mala limpieza,
normas deficientes y mala calidad deben tenerse en cuenta en todo momento.
5.2.2 Obligación moral
La mayoría de los clientes que consumen los productos nunca ven la fábrica o cómo
se manejan los productos. Confían en la compañía, confían en su reputación y dan por
sentado que las operaciones se llevan a cabo bajo las condiciones más limpias por
personal bien entrenado que está continuamente consciente y consciente de estos
factores.
5.2.3 Obligación comercial
La ley intenta proteger al cliente y al comprador con respecto a la salud y la calidad.
El incumplimiento de las obligaciones legales, nacionales o locales, puede resultar en
una acción muy severa, y los procedimientos de enjuiciamiento pueden ser muy
costosos. La prevención es mejor que la cura, y las empresas están obligadas a cumplir
con los requisitos legales y mantener altos estándares. La leche y los productos lácteos
por su naturaleza son medios ideales para el crecimiento de microorganismos,
incluyendo muchos patógenos. Como resultado de esto, hay más legislación sobre la
leche - su producción, manipulación, procesamiento, envasado, almacenamiento y
distribución - que cualquier otro producto alimenticio.
5.3 Arquitectura de Red.
Para el diseño de la arquitectura de red fue usado EtherNet/IP, la abreviatura de
“Ethernet Industrial Protocol” (Protocolo Industrial Ethernet), es una solución abierta
estándar para la interconexión de redes industriales que aprovecha los medios físicos y
los chips de comunicaciones Ethernet comerciales.
A través de la arquitectura NetLinx, Rockwell Automation se ofrece una completa gama
de tecnologías y productos para todo tipo de aplicaciones. La arquitectura de red abierta
NetLinx combina servicios de red con el protocolo CIP (Protocolo de control e
información), así como interfaces de software abiertas para garantizar un flujo eficiente
de la información y de los datos de control a nivel de toda la organización. Está diseñada
para incluir redes de dispositivos, control e información y aportar un medio más
eficiente para combinar redes sin que el rendimiento se vea afectado. Tiene la
12
posibilidad de combinar una, dos o las tres redes, en función de los requisitos de su
aplicación.
El protocolo de comunicaciones seleccionado por Rockwell Automation es el CIP
(Protocolo de control e información). Las tres redes de la arquitectura NetLinx utilizan
este protocolo para la comunicación. La parte de control del CIP se utiliza para la
transmisión de mensajes de E/S en tiempo real (transmisión de mensajes implícita). La
parte de información del CIP se utiliza para el intercambio de mensajes y se denomina
también transmisión de mensajes explícita.
En este proyecto para la topología de red se usa una topología estrella por su rapidez,
eficiencia y centralización de la red, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Arquitectura de Red.
13
5.4 Listado de Hardware
Para el desarrollo de este proyecto de automatización se requirió comprar un controlador
con módulos de señales digitales y analógicas que satisfagan la cantidad de señales que
son usadas en esta clase de equipos de proceso, en la siguiente tabla se muestra la
cantidad y descripción del hardware usado:
Item Referencia Descripción Cant.
1 1769-L30ER Controller CompactLogix Dual Ethernet w/DLR capability, 1MB
Memory, 8 I/O Expansion, 16 Ethernet IP Nodes. Controllers are
shipped with 1GB SD card and can support up to 2GB SD card. 1
2 769-PA4 Fuente de alimentación para CompactLogix a 110/220 vca,
(4a/5v, 2a/24 vcc) 1
3 1769-ECR- Terminador final derecho para Compactbus. 1
4 1769-IQ32 Módulo de entradas digitales x32 a 24 Vcc. 2
5 1769-OB32 Módulo de salidas digitales x32 a 24 Vcc. 2
6 1769-IF8 Módulo de entradas analógicas de 8 canales, configurable para
corriente/voltaje. 2
7 1769-OF4 Módulo de salidas analógicas de 4 canales, configurable para
corriente/voltaje. 2
8 2711P-
T10C21D8S PanelView Plus 7 Graphic Terminal 1
9 1783-US5T Stratix 2000 Switch, Unmanaged, 5 Copper Ports 1
10 700-
HLT1Z24 Relé electromecánico, SPDT (1 C/O), w/ Terminales de tornillo,
24V DC, 64
11 700-TBJ20G Jumper Link, 20-Way, Gray 1
12 60252100 Bandeja malla 60mm x 100mm x 3.0mts (CabloFil) 5
Tabla 1. Listado de Hardware.
14
5.5 Listado de I/Os
En la siguiente tabla se muestra el listado de entradas digitales conectadas en dos
módulos 1769-IB32 (Módulo de entradas digitales x32 a 24 Vcc), ubicados en los slots
número 1 y 2 del rack del PLC. Además, esta descrito la ubicación de conexión eléctrica
de cada una de estas señales:
ENTRADAS DIGITALES
Marquilla
cableado Descripción
Dirección
Entrada
100 Centrifugal Pump fault signal Local:1:I.Data.0
101 Hot pump failure signal Local:1:I.Data.1
102 Fault signal booster Local:1:I.Data.2
103 Fan fault signal Local:1:I.Data.3
104 QV7 switching signal Local:1:I.Data.4
105 QV8 switching signal Local:1:I.Data.5
106 QV160 switching signal Local:1:I.Data.6
107 QV15 switching signal Local:1:I.Data.7
110 QV16 switching signal Local:1:I.Data.8
111 QV11 switching signal Local:1:I.Data.9
112 QV12 switching signal Local:1:I.Data.10
113 QV13 switching signal Local:1:I.Data.11
114 QV14 switching signal Local:1:I.Data.12
115 QV3 switching signal Local:1:I.Data.13
116 QV5 switching signal Local:1:I.Data.14
117 QV6 switching signal Local:1:I.Data.15
120 Emergency Stop Local:1:I.Data.16
130 Ready for presterilization Local:1:I.Data.17
131 Filler Ready for production Local:1:I.Data.18
132 Ready for CIP Local:1:I.Data.19
133 Presterilizing temperature > 120ºC Local:1:I.Data.20
134 Filling Machine signal 5 Local:1:I.Data.21
135 Filling Machine signal 6 Local:1:I.Data.22
136 Filling Machine signal 7 Local:1:I.Data.23
137 Filling Machine signal 8 Local:1:I.Data.24
140 Filling Machine signal 9 Local:1:I.Data.25
141 Filling Machine signal 10 Local:1:I.Data.26
142 Filling Machine signal 11 Local:1:I.Data.27
143 Filling Machine signal 12 Local:1:I.Data.28
144 Filling Machine signal 13 Local:1:I.Data.29
15
Tabla 2. Listado de entradas digitales.
A continuación, en la tabla 3 se presenta el listado de salidas digitales conectadas en dos
módulos 1769-IQ32(módulos de salidas digitales x32 a Vcc), ubicados en los slots
número 3 y 4 del rack del PLC.
SALIDAS DIGITALES
Marquilla
cableado
Elemento
Tablero Descrpción Dirección Salida
200 KM1 Centrifugal pump Local:3:O.Data.0
201 KM2 Hot water pump Local:3:O.Data.1
202 KM3 Booster pump Local:3:O.Data.2
204 1KA1 Spare 1 Local:3:O.Data.3
205 1KA2 Spare 2 Local:3:O.Data.4
206 1KA3 Spare 3 Local:3:O.Data.5
207 1KA4 Spare 4 Local:3:O.Data.6
210 1KA5 Cooling Tower Local:3:O.Data.7
211 1KA6 Homo Oil Pump signal Local:3:O.Data.8
212 1KA7 Inlet pump singal Local:3:O.Data.9
213 1KA8 Homogenizer singal Local:3:O.Data.10
214 1YV1 QV2 Local:3:O.Data.11
215 1YV2 QV4 Local:3:O.Data.12
216 1YV3 B5 Alkaline pump Local:3:O.Data.13
217 1YV4 B4 Acid pump Local:3:O.Data.14
220 1YV5 QV9 Local:3:O.Data.15
221 1YV6 QV5 Local:3:O.Data.16
222 1YV7 QV6 Local:3:O.Data.17
223 1YV8 QV1 Local:3:O.Data.18
145 Filling Machine signal 14 Local:1:I.Data.30
146 Filling Machine signal 15 Local:1:I.Data.31
147 Filling Machine signal 16 Local:2:I.Data.0
148 Feedback Motor Contactor Hot Water pump Local:2:I.Data.1
149 Feedback Motor Contactor Booster pump Local:2:I.Data.2
150 Feedback Motor Contactor Inlet Pump Local:2:I.Data.3
151 Fault signal Inlet Pump Local:2:I.Data.4
152 Feedback Motor Contactor Homo Oil Pump Local:2:I.Data.5
153 Fault signal Inlet Pump Local:2:I.Data.6
154 Feedback Motor Contactor Local:2:I.Data.7
155 Pressure Switch Local:2:I.Data.8
156 Signal Automatic homo Local:2:I.Data.9
16
224 1YV9 QV10 Local:3:O.Data.19
225 1YV10 QV3 Local:3:O.Data.20
226 1YV11 QV7 Local:3:O.Data.21
227 1YV12 QV8 Local:3:O.Data.22
230 1YV13 QV160 Local:3:O.Data.23
231 1YV14 QV15 Local:3:O.Data.24
232 1YV15 QV16 Local:3:O.Data.25
233 1YV16 QV12 Local:3:O.Data.26
234 1YV17 QV11 Local:3:O.Data.27
235 1YV18 QV13 Local:3:O.Data.28
236 1YV19 QV14 Local:3:O.Data.29
237 1YV20 QV17 Local:3:O.Data.30
240 1YV21 QV18 Local:3:O.Data.31
241 1YV22 QV19 Local:4:O.Data.0
244 BEACON Red light Local:4:O.Data.1
245 BEACON Yellow light Local:4:O.Data.2
246 BEACON Green light Local:4:O.Data.3
247 BEACON Siren Local:4:O.Data.4
SIGNALS TO ELECSTER
250 1KA9 Sterilization signal Local:4:O.Data.5
251 1KA10 Production signal Local:4:O.Data.6
252 1KA11 AIC Signal Local:4:O.Data.7
253 1KA12 CIP signal Local:4:O.Data.8
254 1KA13 End of production Local:4:O.Data.9
Tabla 3. Listado de salidas digitales.
Para adquirir las señales generadas por todos los transmisores del equipo fue necesario
la instalación de un módulo en entradas análogas ubicado en el Slot 5, en la siguiente
tabla se muestran los transmisores a cada canal de este módulo:
ENTRADAS ANÁLOGAS
Marquilla cableado
Descripción Dirección Entrada
300-301 Flow transmitter – FT02 Local:5:I.Ch0Data
302-303 Flow transmitter – FT02 Local:5:I.Ch1Data
306-307 Spare Local:5:I.Ch2Data
304-305 Level transmitter – LT01 Local:5:I.Ch3Data
310-311 Temperature transmitter - TE01 Local:5:I.Ch4Data
312-313 Temperature transmitter - TE02 Local:5:I.Ch5Data
314-315 Temperature transmitter - TE03 Local:5:I.Ch6Data
17
316-317 Temperature transmitter - TE04 Local:5:I.Ch7Data
320-321 Temperature transmitter - TE05 Local:6:I.Ch0Data
322-323 Temperature transmitter - TE06 Local:6:I.Ch1Data
324-325 Spare A Local:6:I.Ch2Data
326-327 Spare B Local:6:I.Ch3Data
Tabla 4. Listado de entradas analógas.
Finalmente, en la tabla 5 se observan el listado de señales de salidas análogas que fueron
necesarias para el correcto control de ciertas variables de proceso.
SALIDAS ANÁLOGAS
Marquilla
cableado Nombre PLC Dirección Salida
400-401 Steam regulating valve Local:7:O.Ch0Data
410-411 Cooling regulating valve Local:7:O.Ch1Data
420-421 VFD_Product Pump Local:7:O.Ch2Data
430-431 VFD_Homogeneizer Local:7:O.Ch3Data
Tabla 5. Listado de salidas análogas.
Nota: La direcciones que no están señaladas en las tablas indican que están libres
para futuros cambios o adición de módulos de control al equipo.
5.6 Descripción de proceso.
El equipo se divide en varias actividades que serán ejecutadas dependiendo la fase que
se desee realizar. Estas fases son: CIP principal, CIP intermedio (AIC), Esterilización,
Agua estéril (circulación de agua) y producción, estas fases se realizan para que
garanticen un producto higiénico tratado a ultra alta temperatura que cumpla con los
parámetros de calidad e inocuidad de acuerdo con las normas internas y legales vigentes.
5.6.1 Fase CIP (Cleaning in Place)
El sistema de limpieza CIP (Cleaning in place) es un sistema de lavado automático, es
decir sin desmontaje del equipo de producción, que consiste en recircular la solución
de limpieza a través de los componentes de la línea de proceso como tuberías,
intercambiadores de calor, bombas, válvulas, etc.
Se considera CIP principal o largo a un lavado realizado con adición de soda y acido
cuando el equipo supera el tiempo de producción dependiendo el producto o si se
presenta problemas en el sistema y consecuente a esto se baja programa. Para ser
18
iniciado el CIP principal se debe tener ciertas condiciones iniciales que son mostradas
en la HMI, para que el lavado se complete satisfactoriamente se deben cumplir las
concentraciones de soda y acido, que son las que muestran que el equipo está listo para
ser usado para esterilización.
Se considera CIP intermedio a un lavado realizado con adición de soda únicamente,
este lavado se realiza para alargar el tiempo de producción de una receta (producto).
Nota: Una vez terminada la fase de CIP, se debe realizar por parte del laboratorio
de microbiología un frotis de lighting en el tubo de retención para liberar el
equipo e iniciar ciclo de esterilización. Además, las frecuencias de lavados tanto
CIP principal y CIP intermedio, los debe validar las personas encargadas de
calidad.
Para cualquier tipo de lavado se debe primordialmente cumplir la conductividad y
temperatura de las soluciones químicas, pero además de esto es esencial cumplir los
tiempos de recirculación de estas soluciones manteniendo la conductividad y
temperatura establecida, estos parámetros son entregados por el personal de calidad de
cada compañía. Sin embargo, para que pueda ser ejecutada la fase de CIP se debe
cumplir ciertas condiciones iniciales y verificar que ninguna alarma este activa en el
equipo. A continuación, se describen estas condiciones iniciales que se deben cumplir,
así mismo las alarmas que no deben estar presentes.
Condiciones Iniciales
• Ninguna otra fase en operación (Fase de esterilización, Fase de producción o
Fase de recirculación de agua).
• Ningún elemento en modo manual.
• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para CIP.
Alarmas
• Disparo de guardamotores de bombas del equipo.
• Paro de emergencia activo
• Baja presión de aire
En la siguiente tabla se muestra el listado de pasos que se deben ejecutar en la fase de
CIP de acuerdo al tipo de lavado que se quiera realizar en el equipo:
19
Pasos Fase de CIP (Cleaning in place)
Número de paso Nombre de paso
0 En espera o inactivo
LA
VA
DO
CO
RT
O
LA
VA
DO
LA
RG
O
5 Llenado tanque de balanza
10 Enjuague inicial
18 Llenado tanque de balanza
20 Calentamiento
25 Adición soda cáustica
30 Medición de conductividad
35 Circulación de soda cáustica
38 Vaciado tanque de balanza
40 Enjuague intermedio
48 Llenado tanque de balanza
50 Calentamiento
55 Adición de ácido nítrico
58 Medición de conductividad
60 Circulación de ácido nítrico
68 Vaciado tanque de balanza
70 Enjuague Final
75 Parada homogeneizador P
AS
OS
GE
NE
RA
LE
S
80 Drenaje
127 Fase completa
Tabla 6. Listado de pasos en la fase de CIP.
Descripción detallada de pasos:
Paso 0 (En espera o inactivo): Es el paso inicial de la secuencia, donde se evalúan
que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa.
Para pasar al siguiente paso se debe presionar el botón de inicio de fase de CIP.
Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Se activa la válvula de entrada de agua potable
al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque alcance el
valor de referencia de nivel alto ingresado.
Paso 10 (Enjuague inicial): En este paso, se activa la ruta hacia el drenaje con el fin
de lavar los módulos de control y tubería, retirando de gran medida el producto (leche)
retenido en los mecanismos mencionados anteriormente. Este enjuague se realiza con
20
el agua almacenada en el tanque de balanza, si el nivel del tanque de balanza es menor
a el valor de referencia de nivel bajo, se activa nuevamente la válvula de agua potable
para llenar de nuevo el tanque, esto se realiza durante un predeterminado tiempo. La
transición al siguiente paso es el tiempo cumplido y nivel bajo del tanque de balanza.
Paso 18 (Llenado tanque de balanza): Se realiza las mismas acciones que en el paso
5.
Paso 20 (Calentamiento): El esterilizador entra en funcionamiento recirculando el
agua almacenada en el tanque de balanza, inmediatamente se activa el PID de
temperatura, para alcanzar el valor de referencia de temperatura ingresado
previamente.
Paso 25 (Adición de soda cáustica): Ya teniendo la temperatura establecida se
dispone a adicionar soda cáustica con ayuda de una bomba neumática dosificadora
durante cierto tiempo. Se debe calentar inicialmente el agua ya que la conductividad
de los detergentes como la soda cáustica varía a causa del cambio de temperatura.
Paso 30 (Medición de conductividad): Ya que el equipo no cuenta con un transmisor
de conductividad, se debe medir manualmente por el operador tomando una muestra
de la solución preparada y realizar su posterior medición en el laboratorio, si se evalúa
que la cantidad de detergente alcalino no es suficiente para alcanzar el valor de
referencia de conductividad introducido, la bomba dosificadora encenderá por ciclos
de tiempo hasta alcanzar el valor de referencia.
Paso 35 (Circulación de soda cáustica): Debido a que el detergente alcalino ha sido
preparado manteniendo la temperatura y conductividad deseada, se da inicio a la
recirculación de la solución durante cierto tiempo. Si durante este tiempo la
conductividad o temperatura se reducen el tiempo se detiene hasta que estos valores
incrementen nuevamente.
El detergente alcalino se hace circular en el sistema para eliminar la suciedad orgánica,
como proteínas y grasas.
Paso 38 (Vaciado tanque de balanza): Al cumplirse el tiempo de circulación de soda
cáustica se da inicio a este paso el cual consiste en vaciar la solución de soda cáustica
contenida en el esterilizador hacia el drenaje. Esta acción se finaliza hasta que el tanque
de balanza indique nivel bajo y transcurra un tiempo adicional para vaciar
completamente el equipo.
21
Paso 40 (Enjuague intermedio o enjuague de soda): En este paso, se sigue
manteniendo la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza
y haciendo fluir el agua contenida al drenaje, con el fin de lavar los módulos de control
y tubería que contienen trazos del detergente previamente recirculado. El tiempo de
este paso varia dependiendo del porcentaje de concentración de la solución química
preparada.
Paso 48 (Llenado tanque de balanza): Se realiza las mismas acciones que en el paso
5 y 18.
Paso 50 (Calentamiento): De la misma forma que el paso 20 se realiza las mismas
acciones que en el paso 20 (Calentamiento).
Paso 55 (Adición de ácido nítrico): Ya teniendo la temperatura establecida se dispone
a adicionar ácido nítrico con ayuda de una bomba neumática dosificadora durante
cierto tiempo. Al igual que la soda cáustica el ácido nítrico varia su conductividad
debido al cambio de temperatura, así que se debe previamente calentar el agua con el
que se va a mezclar el detergente para evitar variaciones de conductividad.
Paso 58 (Medición de conductividad): De manera semejante que el paso 30 se debe
medir manualmente la conductividad de la solución preparada, por el operador
tomando una muestra de la solución preparada y realizar su posterior medición en el
laboratorio, simultáneamente el equipo permanece recirculando la solución hasta que
el operador ratifique que la conductividad es correcta, si por lo contrario se evalúa que
la cantidad de detergente no es suficiente para alcanzar el valor de referencia de
conductividad introducido, la bomba dosificadora encenderá por ciclos de tiempo
hasta alcanzar el valor de referencia.
Paso 60 (Circulación de ácido nítrico): Debido a que el detergente ácido ha sido
preparado manteniendo la temperatura y conductividad deseada, se da inicio a la
recirculación de la solución durante cierto tiempo. Si durante este tiempo la
conductividad o temperatura se reducen el tiempo se detiene hasta que estos valores
incrementen nuevamente.
El detergente ácido circula más comúnmente a través de la planta para disolverse
depósitos minerales y depósitos de cal causados por agua dura. La frecuencia de
aplicar un paso ácido depende de si las superficies están calientes o frío, el tipo de
comida y la calidad del agua. Por ejemplo, es común solo aplique un paso ácido una
22
vez a la semana en superficies frías de lácteos, pero esto finalmente lo define el
personal de calidad de cada empresa.
Paso 68 (Vaciado tanque de balanza): De la misma manera que el paso 38 se
efectúan las mismas acciones de control.
Paso 70 (Enjuague final o enjuague de ácido): En este paso, se sigue manteniendo
la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza y haciendo
fluir el agua contenida al drenaje. Luego se usa esta agua para purgar el detergente
ácido retenido en los en las superficies de los módulos de control y tubería del equipo.
El enjuague final con agua también debe garantizar que se eliminen completamente
los residuos de detergente y solo dejar residuos de agua en la planta sin ningún índice
de concentración.
Paso 75 (Parada de homogeneizador): Debido a que el homogeneizador debe
mantener una presión constante no se puede realizar un cambio brusco de velocidad
ya que esto puede generar el deterioro o en algunos casos el rompimiento de los
empaques del equipo, por esta razón se realiza una reducción de velocidad controlada
en el equipo.
Paso 80 (Drenaje): En este paso se vacía completamente el equipo para dejarlo listo
para la fase de esterilización.
Paso 127 (Fase completa): Finalmente, es el último paso donde se guarda la memoria
de equipo lavado y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado
de espera.
5.6.2 Fase AIC (Aseptic intermediate cleaning).
La limpieza aséptica intermedia (AIC) se puede realizar para prolongar el tiempo de
producción entre CIP completos. Cuando la fase de AIC se selecciona, el producto se
desplaza con agua estéril antes de que comience la limpieza. Durante las secuencias
de AIC, el tubo de retención se mantiene a la temperatura de esterilización,
manteniendo estériles las partes asépticas de la unidad. El AIC puede ser realizado
solamente con soda cáustica.
Para la inicialización de la esta fase de deben cumplir con las siguientes condiciones
iniciales y verificar que las alarmas no estén activas.
23
Condiciones Iniciales
• Fase de agua estéril en ejecución.
• Ningún elemento en modo manual.
• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para AIC.
Alarmas
• Disparo de guardamotores de bombas del equipo.
• Paro de emergencia activo
• Baja presión de aire
Pasos Fase de AIC (Aseptic Intermediate Cleaning) Número de
paso Nombre de paso
0 En espera o inactivo
5 Llenado de tanque de balanza
20 Adición de soda cáustica
30 Medición de concentración
35 Circulación de soda cáustica
38 Vaciado tanque de balanza
40 Enjuague intermedio
80 Llenado tanque de balanza
90 Inicio fase recirculación de agua estéril
127 Fase completa
Tabla 7. Listado de pasos en la fase de AIC.
Descripción detallada de pasos:
Paso 0 (En espera o inactivo): Es el paso inicial de la secuencia, donde se evalúan
que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa.
Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de inicio de fase de AIC.
Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Se activa la válvula de entrada de agua potable
al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque alcance el
valor de referencia de nivel alto ingresado.
24
Paso 20 (Adición de soda cáustica): En vista de que la limpieza intermedia aséptica
mantiene la temperatura de operación de producción para evitar perdida de esterilidad
en el equipo, se debe adicionar soda cáustica con ayuda de una bomba neumática
dosificadora durante cierto tiempo. Posiblemente el consumo del detergente alcalino
puede ser mayor a causa de que la temperatura es mayor a comparación de un CIP.
Paso 30 (Medición de conductividad): Se debe medir manualmente la conductividad
por el operador tomando una muestra de la solución preparada y realizar su posterior
medición en el laboratorio, si se evalúa que la cantidad de detergente alcalino no es
suficiente para alcanzar el valor de referencia de conductividad introducido, la bomba
dosificadora encenderá por ciclos de tiempo hasta alcanzar el valor de referencia.
Paso 35 (Circulación de soda cáustica): En este paso se recircula la solución alcalina
hasta cumplirse el tiempo ingresado. Si durante este tiempo la conductividad se reduce
el tiempo se detiene hasta que este valor de temperatura incremente nuevamente.
Paso 38 (Vaciado tanque de balanza): Al cumplirse el tiempo de circulación de soda
cáustica se da inicio a este paso el cual consiste en vaciar la solución de soda cáustica
contenida en el esterilizador hacia el drenaje. Esta acción se finaliza hasta que el tanque
de balanza indique nivel bajo y transcurra un tiempo adicional para vaciar
completamente el equipo.
Paso 40 (Enjuague intermedio o enjuague de soda): En este paso, se sigue
manteniendo la ruta hacia el drenaje introduciendo agua potable al tanque de balanza
y haciendo fluir el agua contenida al drenaje, con el fin de lavar los módulos de control
y tubería que contienen trazos del detergente previamente recirculado. El tiempo de
este paso varía dependiendo del porcentaje de concentración de la solución química
preparada.
Paso 80 (Llenado tanque de balanza): Se llena el tanque de balanza hasta alcanzar
el nivel alto del tanque.
Paso 90 (Inicio fase recirculación de agua estéril): Teniendo el equipo limpio,
automáticamente inicia la fase de recirculación de agua estéril para seguir manteniendo
las condiciones de esterilidad en el equipo.
25
Paso 127 (Fase completa): Finalmente, es el último paso donde se guarda la memoria
de equipo lavado y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado
de espera de la fase de AIC.
5.6.3 Fase esterilización
La fase de esterilización (UHT) se caracteriza por la reducción en gran medida el
número de microorganismos presentes en alimentos como la leche o los zumos, sin
cambiar sus propiedades nutricionales.
Para este proceso se utiliza un sistema de calentamiento directo, que sólo se utiliza a
temperaturas muy altas, se inyecta vapor saturado por medio de un intercambiador de
placas y así calentar un circuito de agua caliente que circula por un intercambiador de
tubo concéntrico, de esta forma la temperatura del producto puede ser entonces
elevado a 140 ºC y el producto se debe mantener a esta temperatura de esterilización
durante varios segundos dependiendo el tipo de retención que tenga el equipo. El
producto se enfría posteriormente pasándolo a través de varios intercambiadores de
calor y luego entregado a la máquina de llenado.
En esta fase también se deben cumplir con unas condiciones iniciales y la revisión del
estado de algunas alarmas que no permiten la ejecución de esta fase, estas condiciones
iniciales y alarmas son mencionadas a continuación:
Condiciones Iniciales
• Ninguna otra fase en operación (Fase de CIP o Fase de producción).
• Estado incorrecto del equipo “Equipo sucio”
• Ningún elemento en modo manual.
• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para Esterilización.
Alarmas
• Disparo de guardamotores de bombas del equipo.
• Paro de emergencia activo
• Baja presión de aire
Para realizar este proceso de esterilización se debe cumplir con una secuencia de pasos,
este listado de pasos es mostrado en la siguiente tabla:
26
Pasos Fase de esterilización
Número de paso Nombre de paso
0 En espera o Inactivo
5 Llenado tanque de balanza
10 Llenado de sistema
15 Precalentamiento
20 Calentamiento
30 Esterilización
35 Enfriamiento 0
40 Enfriamiento 1
50 Enfriamiento 2
60 Estabilización
100 Inicio circulación de agua estéril.
127 Fase completa
Tabla 8. Listado de pasos en la fase de esterilización.
Descripción detallada de pasos:
Paso 0 (En espera o inactivo): Es el paso inicial de la secuencia, donde se evalúan
que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa
(mencionados anteriormente). Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de
inicio de fase de esterilización.
Paso 5 (Llenado tanque de balanza): Al darse inicio a la fase, se activa el presente
paso el cual toma la acción del llenado del tanque de balanza con la válvula de entrada
de agua potable al tanque de balanza, esta válvula se cierra hasta que el nivel del tanque
alcance el valor de referencia de nivel alto ingresado.
Paso 10 (Llenado de sistema): Se da inicio al llenado del esterilizador, recirculando
el agua almacenada en el tanque de balanza, si el agua almacenada no es suficiente
para llenar el equipo se activa el control de nivel del tanque de balanza para satisfacer
al equipo con el agua que necesita.
Paso 15 (Precalentamiento): Dado que el equipo está completamente lleno, se da
inicio al precalentamiento del equipo, donde la válvula proporcional de entrada de
vapor da una apertura del 100%. Esto con el fin de alcanzar el valor de referencia
ingresado en temperatura 90°C, si esta temperatura no es alcanzada en 120 segundos
27
pasará automáticamente al siguiente paso (En condiciones normales del equipo esta
temperatura es alcanzada).
Paso 20 (Calentamiento): En este paso, se activa el PID de temperatura de
calentamiento, para alcanzar el valor de referencia de temperatura esterilización
ingresado previamente por el operador (140°C) y realizar el correspondiente control
de esta variable de proceso. Este paso tiene una duración de 1000 segundos.
Paso 30 (Esterilización): Alcanzada previamente la temperatura de esterilización, se
debe mantener aproximadamente durante 1800 segundos (30 minutos), que es el
tiempo minino por normativa para eliminar los microorganismos que pueden causar
descomposición o contaminación al producto. Si por alguna circunstancia durante este
lapso de tiempo la temperatura cae por debajo del valor de referencia de esterilización
+ la banda de operación (Histéresis), el equipo regresa al paso anterior de
calentamiento.
Paso 35 (Enfriamiento 0): Transcurrido el tiempo de esterilización, se da inicio a la
etapa de enfriamiento para el control de temperatura de salida del producto. En el
enfriamiento 0 se da apertura a la válvula de agua de torre para el primer
intercambiador de calor de esta etapa. Este paso dura aproximadamente 120 segundos.
Paso 40 (Enfriamiento 1): Se activa el PID de temperatura de enfriamiento (variable
de control – válvula proporcional de entrada de agua helada) en el intercambiador de
calor de placas número 2. El valor de referencia de este paso para el PID es de 50°C,
esto con el propósito de evitar cambios bruscos de temperatura en las placas del
intercambiador. Se mantiene la entrada de agua de torre en el intercambiador de calor
1.
Paso 50 (Enfriamiento 1): Se mantiene activa la apertura de agua industrial y el lazo
de temperatura de enfriamiento, pero en este paso el valor de referencia se disminuye
a 25°C, que es la temperatura ideal de envasado.
Paso 60 (Estabilización): Al ser alcanzada la temperatura de salida de producto se
debe mantener esta temperatura, junto a la temperatura de esterilización durante cierto
tiempo, para evidenciar que el equipo se comportable estable bajo estas dos
condiciones de temperatura en sus correspondientes etapas de calentamiento y
enfriamiento. Este tiempo de estabilización es de 600 segundos (10 minutos).
28
Paso 100 (Inicio de circulación de agua estéril): Al ser cumplido el tiempo de
estabilización el equipo activa automáticamente la fase de circulación de agua estéril.
Paso 127 (Fase completa): Finalmente, es el último paso donde se guarda la memoria
de equipo estéril y el estado de la fase se completa para retornar nuevamente al estado
de espera.
5.6.4 Fase de circulación agua estéril
Esta fase se caracteriza en recircular agua por todo el equipo, pero manteniendo las
condiciones de esterilidad, la fase únicamente se activa automáticamente cuando se
finalizan las fases de lavado intermedio, esterilización, producción, pero se tiene que
tener en cuenta porque condición en pasa a proceso de agua estéril.
Esta fase solo cuenta con un paso donde se recircula agua potable manteniendo las
condiciones de esterilidad (Temperatura >= temperatura de producción). Esta fase se
activa automáticamente cuando la fase de esterilización se completa, a la espera de las
acciones del operador del equipo; así mismo cuando se presenten inconvenientes con
el suministro de producto o falencias en la maquina llenadora en la fase de producción.
5.6.5 Fase de producción
La fase de producción puede ser usada siempre y cuando el estado del equipo sea
lavado y estéril. En esta fase se caracteriza por mantener las temperaturas de
esterilización, temperatura de salida de producto con un flujo establecido.
Si el suministro del producto falla o se detiene en un llenado se produce la máquina,
la unidad entra en circulación de agua estéril.
De manera semejante que las otras fases, se debe cumplir con ciertas condiciones
iniciales y la verificación del estado de las alarmas, las cuales para esta fase son:
Condiciones Iniciales
• Fase de circulación de agua estéril en operación.
• Equipo estéril.
• Ningún elemento en modo manual.
29
• Señal de máquina llenadora (Elecster) lista para producción.
Alarmas
• Disparo de guardamotores de bombas del equipo.
• Paro de emergencia activo
• Baja presión de aire
En la siguiente tabla se presenta el listado de pasos presentes en la fase de producción:
Pasos Fase de producción Número de
paso Nombre de paso
0 En espera o inactivo
5 Vaciado tanque de balanza
10 Llenado de sistema con producto
15 Producción
45 Recuperación de producto - Vaciado tanque
50 Empuje a drenaje
54 Empuje a drenaje
100 Inicio circulación de agua estéril
110 Llenadora no disponible
127 Fase completa
Tabla 9. Listado de pasos en la fase de producción.
Descripción detallada de pasos:
En la fase de producción se mantienen activos los lazos de temperatura de
calentamiento y enfriamiento.
Paso 0 (En espera o inactivo): Es el paso inicial de la secuencia, donde se evalúan
que las condiciones iniciales se cumplan y ninguna alarma en el equipo este activa
(mencionados anteriormente). Para iniciar la secuencia se debe presionar el botón de
inicio de fase de producción, al dar inicio la fase de producción la memoria de equipo
limpio se borra.
Paso 5 (Vaciado tanque de balanza): Se activa la ruta hacia el drenaje para vaciar la
mayor cantidad de agua presente en el esterilizador, este paso finaliza cuando el nivel
del tanque de balanza alcanza el valor de referencia de nivel bajo.
30
Paso 10 (Llenado del sistema con producto): Se da apertura a la válvula de entrada
de producto al tanque de balanza, manteniendo la ruta hacia el drenaje durante un
tiempo establecido con el objetivo de realizar un empuje al agua almacenada en el
equipo. Al cumplirse este tiempo se ha desechado el agua en el equipo se activa
automáticamente el siguiente paso.
Paso 15 (Producción): Este es el paso de producción donde se activa la ruta de salida
hacia la envasadora (Elecster), conservando las condiciones óptimas de temperatura y
flujo para el correcto funcionamiento del equipo.
Paso 45 (Recuperación de producto - Vaciado tanque): El paso actual puede ser
activo manualmente por el operador con el comando de finalización de producción o
automáticamente si la maquina envasadora presenta algún problema de operación. Este
consiste en recuperar el producto que se encuentra en el sector de la llenadora. Además,
se vacía el tanque de balanza que contiene producto hasta alcanzar el nivel bajo del
tanque activando la ruta de retorno al tanque de suministro de producto.
Paso 50 (Recuperación de producto): Se mantiene la ruta de retorno desde la
llenadora y la ruta hacia el tanque de suministro de producto, hasta vaciar
completamente el tanque de balanza; al vaciar el tanque se activa el control de nivel
del tanque de agua para evitar el vaciado completo de ningún fluido en el equipo.
Paso 54 (Empuje a drenaje): Se activa la ruta hacia el drenaje para drenar el producto
restante en el equipo.
Paso 100 (Circulación de agua estéril): Teniendo el equipo nuevamente lleno con
agua, automáticamente inicia la fase de recirculación de agua estéril para seguir
manteniendo las condiciones de esterilidad en el equipo.
Paso 110 (Llenadora no disponible): Este paso se activa cuando el equipo se
encuentra en el paso de producción y la llenadora presenta algún problema de
operación, por consecuencia no puede continuar en producción.
Paso 127 (Fase completa): Se da por completada la fase de producción.
Nota: Bajo cualquier circunstancia si la temperatura de esterilización disminuye
a comparación del valor de referencia de temperatura de esterilización, el equipo
borrará el estado de equipo estéril y se procederá al apagado automático por
31
perdida de condiciones de esterilidad, es decir que el equipo debe ser lavado e
iniciar la fase de esterilización nuevamente (tiempo aproximado 4 horas).
Para evitar problemas con la pérdida de fase de producción se debe verificar que
todos los servicios industriales (vapor, agua de torre, agua helada) estén
trabajando correctamente.
6. DESCRIPCIÓN PROGRAMA PLC.
El sistema cuenta con un controlador CompactLogix 1769-L30ER, que contiene una
tarjeta de red Ethernet dual con capacidad DLR, memoria de 1 MB, capacidad de 8
módulos locales de expansión, 16 nodos IP de Ethernet y un puerto USB incorporado
proporciona acceso fácil para descargas de firmware y programación. Para satisfacer la
cantidad de señales usadas en el equipo se requirió de 7 módulos locales de expansión
que están descritos en el capítulo 5.4 o mostrados en la siguiente figura 2.
Para el programa desarrollado en el PLC fue usado el software Studio 5000 en versión
28 por petición del cliente.
Figura 2. Configuración Hardware en PLC.
32
6.1 Descripción de tareas.
Para el desarrollo de la estrategia de control y desarrollo de la lógica de control en el
PLC fue necesario la división del programa en tres tareas. Un controlador Logix 5000
admite múltiples tareas para programar y priorizar la ejecución de sus programas según
criterios específicos. Esto equilibra el tiempo de procesamiento del controlador,
teniendo en cuenta esto, una de estas tareas creadas se configuró como tarea continua y
las otras dos como tareas periódicas, como se muestra en la figura 3.
La diferencia entre estos dos tipos de tareas se describe a continuación:
Tareas continuas
• Una tarea continua se ejecuta en segundo plano continuamente todo el tiempo.
• Cualquier tiempo de CPU no asignado a otras operaciones (como movimiento,
comunicación y tareas periódicas o de eventos) se usa para ejecutar programas
dentro de una tarea continua.
• Una tarea continua se reinicia inmediatamente después de completar un análisis
completo.
• Un proyecto no requiere una tarea continua, pero si se usa solo se permite uno.
Tareas Periódicas
• Una tarea periódica realiza una función en un período de tiempo específico.
• Una tarea periódica puede ejecutarse varias veces dentro del análisis de la
lógica.
• Cuando se produce un tiempo de espera que da paso a una tarea periódica para
comenzar, la tarea periódica:
• Interrumpe cualquier tarea de menor prioridad.
• Se ejecuta una vez y luego regresa el control a donde se dejó la tarea anterior
• Se puede configurar una tarea periódica para un período de tiempo, es decir, 0.1
ms… 2000 s (el valor predeterminado es 10 ms).
33
Figura 3. Organización de tareas del controlador.
6.1.1 Tarea 1. MainTask (Tarea continua).
Esta tarea cuenta con dos programas, uno de ellos con el nombre Control_Modules
donde se realiza la configuración y de todos los módulos de control del esterilizador.
Por otra parte, el programa PLC_Aux contiene las funciones auxiliares usadas
alrededor de todo el programa
34
Figura 4. Configuración Tarea 1 - Maintask.
6.1.2 Tarea 2. Phases (Tarea periódica).
Debido a la prioridad que debe tener la ejecución de las fases sobre otras acciones, fue
necesario configurarla como una tarea periódica como se muestra en la figura 6. Esta
tarea contiene dos programas.
El primer programa con el nombre de Ultrapast, que tiene como propósito general
controlar las siguientes fases de equipo anteriormente descritas. Estas fases son
controladas con un secuenciador y decodificador de pasos, el cual da las garantías de
que cada fase funcionen de una forma adecuada. El programa contiene 14 rutinas
donde se realiza la programación de las fases y existen rutinas para acciones
específicas como lo son:
• Alarmas.
• Recetas.
• Activación de lazos.
• Activación de salidas de los actuadores.
• Estado general del equipo.
35
Figura 5. Configuración Tarea 2 - Phases.
El segundo programa solo comprende una rutina, donde se establecen las señales de
comunicación entre la llenadora marca Elecster y el esterilizador.
Figura 6. Propiedades de tarea periódica - Phases.
36
6.1.3 Tarea 3. PID´s (Tarea Periódica).
De manera semejante que la tarea 2, la tarea 3 es una tarea periódica ya que es
primordial que se ejecute con una menor prioridad y menor tiempo de ejecución, para
la recepción más rápida de los datos de las entradas análogas y el eficiente control de
los controladores PID´s
Figura 7. Propiedades de tarea periódica - PID.
En la tarea PID dispone de 4 programas, tres de ellos realizan la configuración de los
lazos existentes en el equipo:
• FIC01 Lazo para el control de flujo del equipo.
• TIC02 Lazo para el control de temperatura de la etapa de calentamiento.
• TIC04 Lazo para el control de temperatura de la etapa de enfriamiento.
Figura 8. Configuración Tarea 3 – PID.
Finalmente, en el último programa se realiza la configuración y escalización de las
entradas y salidas análogas que son usadas en el equipo.
37
6.2 Add-on instructions (AOI´s)
Los Add-on instruction proporcionan un mecanismo para optimizar conjuntos de lógica
de uso común, proporcionar una interfaz común a esta lógica y proporcionar
documentación para la instrucción.
Las instrucciones complementarias están destinadas a encapsular funciones de uso
común o control de dispositivos. No pretenden ser una herramienta de diseño jerárquico
de alto nivel. Los programas con rutinas son más adecuados para contener código para
el área o los niveles de unidad de su aplicación.
Para este proyecto fue necesario la creación y uso de AOI´s para distintos los distintos
módulos de control y acciones generales usadas en el programa.
6.2.1 AOI Motor
Figura 9. AOI de Motor.
El AOI de Motor (motor de arranque directo) controla un motor de una velocidad sin
inversión en varios modos y monitorea las condiciones de falla.
38
Esta instrucción es usada en el programa para la configuración y control de motores
de una sola velocidad (en funcionamiento o parado). Estos motores usan un equipo de
protección, y otro para proporcionar retroalimentación de funcionamiento.
La instrucción Motor proporciona las siguientes capacidades:
• Comandos para operar en modo operador y mantenimiento.
• Ejecute la retroalimentación y la visualización del estado real del motor.
• Detección de falla de arranque y falla de parada.
• Condiciones permisivas para permitir el arranque.
• Condiciones de enclavamiento para detener el motor o evitar el arranque.
• Entrada para fallas de comunicación de E / S.
• Alarmas por falla de arranque, falla de parada, desconexión de enclavamiento
y falla de E / S.
• Horómetro (Indica el tiempo que ha estado en operación, esto para realizar
control en los mantenimientos de los motores).
Esto con el fin de activar el motor brindando las seguridades correspondientes al
operador y al equipo.
6.2.2 AOI Motor VFD
EL AOI Motor VFD (variador de velocidad) se utiliza para operar un motor de
velocidad variable utilizando un variador (frecuencia variable de CA o CC) en varios
modos, monitoreando las condiciones de falla. Esta instrucción es usada en el
programa para la operación de los motores que están conectados a un variador de
velocidad.
La instrucción Motor_VFD proporciona las siguientes utilidades:
• Operación del motor en modo automático o manual.
• Capacidad para arrancar y detener el variador y el motor, controlar la velocidad
del variador (mediante referencia de velocidad) y monitorear el estado de
funcionamiento del variador y la retroalimentación de velocidad para verificar
que el variador esté funcionando o detenido.
• Las alarmas y la unidad se apagan por Falla en el inicio y falla en la detención
si el
39
• la retroalimentación no sigue el estado ordenado dentro de una configuración
• cantidad de tiempo.
• Escalado de la referencia de velocidad desde unidades de usuario (ingeniería),
como RPM.
• Lectura del variador y visualización de un código de falla, y visualización de
una descripción de falla de texto.
• Indicación del estado de aceleración, desaceleración, a velocidad y advertencia
o alarma tal como se recibe del variador.
• Permisivos (anulables y no anulables) que son condiciones que permiten que
la unidad arranque, y enclavamientos (anulables y no anulables) que son
condiciones.
• Horómetro (Indica el tiempo que ha estado en operación, esto para realizar
control en los mantenimientos de los motores).
Figura 10. AOI de Motor con variador.
6.2.3 AOI Valve
EL AOI Valve (válvula On/Off) se utiliza para operar una valvula controlada por
solenoide, monitoreando las condiciones de falla. Esta instrucción es usada en el
programa para la operación de las válvulas de solenoide que proporcionan la
confirmación de activación mediante un sensor de posición. La válvula puede tener,
40
pero no requiere, retroalimentación del interruptor de límite para uno o ambos
extremos del recorrido.
El AOI Valve proporciona las siguientes opciones:
• Operación en modo manual o automático en cualquier momento dependiendo
de los permisos de usuarios cargado.
• Proporcionar la configuración del estado desenergizado de la válvula: Fallo
abierto o Fallo cerrado (predeterminado).
• Habilitación o deshabilitación de alarmas de la válvula.
• Proporciona una indicación de estado, por activación, por reposo o por falla
del interruptor de límite si los interruptores de límite indican la válvula no está
cerrada, no está abierta y no se mueve.
Figura 11. AOI de Válvula.
6.2.4 AOI Modulant Valve
El AOI Modulant_Valve (válvula de control analógica) manipula una válvula de
control utilizando una señal analógica, y monitorea la válvula mediante una
retroalimentación de posición analógica, si se tiene la retroalimentación de posición
de esta.
El AOI Modulat_Valve proporciona las siguientes opciones:
41
• Operación de la válvula en modo automático o manual.
• Escalado de la referencia de apertura desde unidades de usuario (ingeniería),
como %.
• Indicación del estado de la válvula.
• Bloqueo de equipo por intervención de mantenimiento.
Figura 12. AOI de Válvula proporcional.
6.2.5 AOI Analog in scale
El AOI Analog_In_Scale (entrada analógica) monitorea un valor analógico,
típicamente desde un canal de un módulo de entrada analógica, y proporciona alarmas
cuando el valor analógico excede los umbrales especificados por el usuario (alto y
bajo). La instrucción de entrada analógica también proporciona capacidades para el
escalado lineal de un valor de entrada analógica desde unidades sin procesar (entrada)
a unidades de ingeniería (salida).
El AOI de entradas análogas proporciona las siguientes opciones:
• Escalado lineal desde unidades sin procesar (RAW) a unidades de ingeniería
(EU).
• Alarmas alta, baja, alta-alta, baja-baja y fuera de rango (con banda muerta,
retraso de encendido y retraso de apagado por alarma)
42
Figura 13. AOI de Entrada analógica.
6.2.6 AOI Analog out scale
El AOI Analog out scale (salida analógica) se utiliza para manipular una salida
analógica para controlar un dispositivo de campo, como una válvula de control o un
variador de velocidad mediante señal analógica. La salida responde a una señal de
variable de control (CV) o mediante una asignación manual desde pantalla.
Figura 14. AOI de Salida analógica.
43
El AOI de salidas análogas proporciona las siguientes opciones:
• Escalado lineal desde unidades de ingenieria (EU) a unidades procesadas de
valor digital (RAW).
• Alarmas alta, baja, alta-alta, baja-baja y fuera de rango (con banda muerta,
retraso de encendido y retraso de apagado por alarma)
6.2.7 AOI Secuence Control
El AOI Secuence control (Control de secuencia). Es un secuenciador basado en
modelos de estado, donde se divide el ciclo operativo de una fase del equipo en una
serie de estados. Cada estado es un instante en la operación de la fase en ejecución del
equipo.
Figura 15. AOI Control de secuencia.
44
Como en un modelo de estado, se define lo que hace el equipo bajo diferentes
comandos, como start, hold o stop. No es necesario el uso de todos los estados en las
fases.
El secuenciador cuenta con varios estados de acuerdo a la activación de los comandos
en el programa, en la figura 15 se muestran los comandos de operación en la parte
inferior izquierda del recuadro del AOI, y los estados del secuenciador al lado derecho.
Además, cuenta con un campo, el cual es el número de paso para completar la fase
6.2.8 AOI Step_Decode
El AOI step decode (Decodificador de pasos) funciona junto al secuenciador, este
con el fin de establecer y decodificar el paso actual de la secuencia. Además de esto,
realiza el conteo de tiempo para ciertos pasos que necesitan tiempo como transición
al siguiente paso. En la siguiente figura se muestra el recuadro del decodificador de
pasos y tiempo.
Figura 16. AOI Decodificador de pasos.
45
7. DESCRIPCIÓN PROGRAMA SUPERVISIÓN.
En este capítulo se muestra el manual de operación del esterilizador. El sistema de
supervisión cuenta con una pantalla panel view Plus 7 Standard (Allen Bradley), para
poder controlar el equipo, la aplicación se ha dividido en diferentes pantallas, las cuales
aparecen en la siguiente tabla:
Numero Nombre de la ventana Descripción
01 Proceso La pantalla de proceso es la pantalla
principal donde se muestra un P&ID
del equipo, donde se visualiza el
estado de los actuadores y sensores
que tiene el equipo, además de se
pueden poner los equipos en modo
manual o automático.
02 Panel de control La pantalla de panel de control, se
centralizan todos los botones de fase,
los botones de procesos con la
función de iniciar, parar, continuar,
pausar las fases del proceso.
03 Parámetros esterilización La pantalla parámetros esterilización,
muestra los parámetros que pueden
ser modificados antes de arrancar la
fase de esterilización.
04 Parámetros producción La pantalla parámetros producción,
muestra los parámetros que pueden
ser modificados antes de arrancar la
fase de producción.
05 Parámetros bajar
programa
La pantalla parámetros bajar
programa, muestra los parámetros
que pueden ser modificados antes de
arrancar la fase de bajar programa.
06 Parámetros CIP La pantalla parámetros CIP, muestra
los parámetros que pueden ser
modificados antes de arrancar la fase
de CIP.
07 Condiciones iniciales La pantalla de condiciones iniciales
nos muestra las condiciones que
deben estar presentes antes de
arrancar cada fase, este mensaje se
visualiza con color gris, si alguna de
46
estas no está aparecerá el mensaje de
color azul.
08 Parámetros AIC
(Enjuague intermedio)
La pantalla parámetros AIC, muestra
los parámetros que pueden ser
modificados antes de arrancar la fase
de AIC.
09 Recetas La pantalla de recetas es una
subpantalla de la principal donde se
puede crear, editar, borrar, cargar y t
descargar nuevas y actuales recetas.
Todos los parámetros que contienen
las recetas son parámetros de
producción y algunos de
esterilización.
10 Historial alarmas Muestra el historial en detalle de
todas las alarmas que se han activado
en el equipo durante alguna de las
fases.
11 Tendencias En esta pantalla se puede monitorear
el comportamiento de las
temperaturas más importantes del
equipo.
Tabla 10. Listado de pantallas en HMI.
7.1 Encabezado
Todas las pantallas en la parte superior muestran un encabezado como se muestra en
la Figura 17. Donde se obtiene información actual del equipo, usuario actual y
acceso a las demás pantallas.
Figura 17. Barra de encabezado.
1. Logo Celtar.
2. Hora y fecha actual.
3. Fase Actual, sino no hay ninguna fase en ejecución, está detenido el equipo.
4. Paso actual de la fase que está en ejecución, sino no hay ninguna fase en ejecución
se encuentra “en espera”.
47
5. Barra de usuario.
6. Logo de ibeaser y botón de pantallas.
7.2 Niveles de acceso
Para que el esterilizador pueda ser operado o intervenido se debe ingresar los usuarios
correspondientes, en la Figura 18. Se muestra la barra para el ingreso y cierre de
sesión.
Figura 18. Barra de acceso de usuarios
1. Barra de usuario actual.
2. Botón de inicio de sesión.
3. Botón de cierre de sesión.
El sistema cuenta con dos grupos de usuarios, los cuales poseen permisos diferentes
para la manipulación del sistema de supervisión, estos usuarios son
MANTENIMIENTO y OPERARIO, para ver los permisos de cada uso ver la siguiente
tabla.
USUARIO PERMISOS:
Sin Usuario
“DEFAULT”
- Visualizar estado de actuadores y sensores
del ultrapasteurizador.
- Acceso a pantalla de alarmas.
- Acceso a pantalla de tendencias.
OPERARIO Todos los permisos como “Sin usuario” y
también:
- Iniciar y parar secuencias.
- Seleccionar capacidad del equipo
- Cambiar parámetros de las fases.
- Forzar actuadores en modo manual
- Crear, modificar, guardar, cargar y
eliminar recetas.
MANTENIMIENTO Todos los permisos como “Sin usuario” y
“OPERADOR” pero también:
48
- Cambiar set points para PID.
Tabla 11. Tabla de usuarios y permisos.
7.3 Acceso a pantallas
Para el acceso a las demás pantallas se debe hacer desde la barra de encabezado
principal, presionando el logo de ibeaser se despliega una barra de botones con sus
correspondientes nombres de pantallas, como se muestra en la Figura 19.
Figura 19. Barra de acceso a pantallas.
7.4 Proceso
La pantalla de proceso es la pantalla principal donde se muestra un P&ID del
esterilizador, se visualiza el estado de los actuadores y sensores que tiene el equipo,
además, se pueden cambiar el modo de operación de los módulos de control, modo
manual o automático. En esta pantalla se obtienen todos los valores de cada uno de los
sensores y transmisores del equipo.
49
Figura 20. Pantalla de proceso.
7.4.1 Controles
El control de los actuadores se realiza mediante una ventana que se habilita al hacer
clic sobre el objeto, en dicha ventana, el usuario podrá activar o desactivar la bomba,
motor o válvula que desee. En la Figura 21 se observa un ejemplo de la ventana de
control de una bomba.
Figura 21. Ventana de control de bombas.
50
La Figura 21 corresponde a la ventana de control para bombas, las partes de esta
ventana se especifican a continuación:
1. Título: Nombre de la bomba que se va a manipular.
2. Estado: En esta parte se observa el estado actual de la bomba, el color verde en la
imagen indica que la bomba se encuentra encendida, el color rojo indica que se ha
producido una falla en la bomba y aparecerá un cuadro rojo con la letra F, y el color
gris indica que la bomba se encuentra apagada. Un cuadro amarillo con la letra M
indica que la bomba se está operando en modo Manual, si no aparece este cuadro
significa que se opera en modo automática.
3. Control: En esta parte el usuario podrá activar y desactivar la bomba. El botón
START activará la bomba y el botón STOP la apagará, para esto debe estar activo
el botón de modo MANUAL, el botón AUTO activa el modo automático de
funcionamiento de la bomba, en este modo, los botones START y STOP se
deshabilitan.
4. Habilitar alarmas: En esta sección el usuario puede habilitar o deshabilitar la
visualización de alarmas dela bomba en el sistema de supervisión
5. Menú de alarmas: En esta área se visualiza el estado actual del contactor y
guardamotor de la bomba, así mismo el estado actual de la parada de emergencia.
El color gris indica que no se ha presentado ninguna alarma, y el color amarillo
indica que existe una alarma.
6. Mantenimiento: En esta área, el usuario podrá habilitar o deshabilitar el uso de un
actuador, el botón izquierdo desbloquea el equipo y el botón derecho bloquea el
equipo, de esta manera, cuando un equipo se encuentre en mantenimiento, este se
podrá dejar bloqueado para impedir que sea accionado intencionalmente.
7. Horómetro: Indica el número de horas que lleva actualmente en operación el
actuador. Con el botón de RESET se reinicia el Horómetro.
8. Salir: Este botón permite cerrar la ventana de control que se ha abierto. El usuario
puede abrir simultáneamente varias ventanas.
51
7.5 Panel de control
La pantalla de panel de control, se centralizan todos los botones de cada fase, los botones
de procesos con la función de iniciar, parar, continuar, pausar las fases del proceso.
Además, se encuentran los botones para dirigirse a parámetros de cada fase y
condiciones iniciales de estas.
Figura 22. Pantalla panel de control.
La Figura 22 corresponde a la pantalla del panel de control del ultrapasteurizador, cada
sección de la pantalla se especifica a continuación:
7.5.1 Cuadro de operación.
El cuadro de operación está divido en 3 secciones
1. Botones de control.
En esta zona se ubican los botones de control de fase y control con sus respectivas
imágenes para identificar cada fase.
52
Esterilización
Recirculación de agua
Producción
Apagar o bajar programa
Lavada Principal (CIP)
Lavado intermedio (AIC)
Tabla 12. Tabla botones de control.
Los botones de control pueden estar en varias posiciones dependiendo en el estado
en que se encuentra la fase como se muestra:
Estados de proceso
de la fase
Inactivo
Gris
En ejecución
Verde
Detenido
Gris
Amarillo
Tabla 13. Tabla de estados de fase.
2. Condiciones Iniciales Cada fase contiene un botón de condiciones iniciales, este botón tiene dos estados
como se muestra en la siguiente tabla:
Cuando el botón está en color gris indica que las condiciones
iniciales y fallas de fase se encuentran en correcto estado para
poder ser iniciada la fase correspondiente.
Gris
SI el botón de condiciones iniciales es de color azul, indica que
existe una condición inicial faltante o se encuentra una falla de
fase activa.
Azul
Tabla 14. Tabla de estados de botón de condiciones iniciales.
Al ser presionado el botón de condiciones iniciales se abre una ventana que contiene
información acerca de las condiciones de arranque y fallas de fase como se muestra
en la Figura 23.
53
Figura 23. Pantalla de condiciones iniciales.
La ventana se divide en dos partes, donde en la parte izquierda se muestran las
condiciones iniciales de la fase y en la parte derecha contendrá las falles de fase
que se pueden presentar. De igual forma que el botón los textos tienen dos estados,
donde el color gris indica que la condición inicial está presente y el color azul
representa que hace falta que se de esa condición para poder iniciar la fase.
3. Parámetros
Para ingresar a la ventana de parámetros se debe pulsar el botón “ir a
parámetros”.
Hay una ventana de parámetros para cada fase con parámetros dedicados a la
secuencia específica. En estas ventanas se pueden cambiar los parámetros si se está
ingresado el usuario de OPERARIO o MANTENIMIENTO.
54
Figura 24. Pantalla de parámetros de esterilización.
1. Parámetros: Nombre de parámetros de la fase seleccionada.
2. Valor actual: Muestra el valor actual del parámetro con el que se encuentra
cargado en el PLC.
3. Unidades: En esta parte se visualiza las unidades de medida de cada uno de los
parámetros.
4. Cambio de valor: Con este botón al ser presionado, aparecerá una ventana de
unidades numéricas para hacer el cambio del valor del parámetro.
5. Botón de salida: Cuando se es presionado este botón se retorna a la pantalla de
panel de control.
55
7.5.2 Botones control de fase
Estos se utilizan para llevar a cabo diferentes operaciones tales como la validación
o la cancelación de cualquier fase.
Iniciar
Reiniciar
Detener
Abortar
Finalizar
Pasar paso
Tabla 15. Botones de control de fase.
7.5.3 Memorias del equipo
En esta área se muestran las memorias guardadas por el ultrapasteurizador como
se muestra en la Figura 10, las memorias guardadas son:
1. Equipo Lavado: Esta memoria es activada cuando el equipo realiza un lavado
completo (CIP) o un lavado intermedio (AIC), es decir que indica que el equipo
se encuentra limpio para poder iniciar fases como esterilización o producción. Esta
memoria es borrada recién se inicia producción, lo que indica que el equipo se
encuentra sucio.
2. Equipo estéril: La memoria de equipo estéril se activa cuando el equipo completa
su tiempo de esterilización y recibe la señal de la maquina llenadora de
temperatura mayor a 121°C. Esta memoria es borrada si el equipo pierde
condiciones de esterilización, es decir si la temperatura de retención en las fases
de producción o esterilización es menor a la puesta en el set point de sus
correspondientes guardas de temperatura.
Figura 25. Área de memorias de fases del ultrapasteurizador.
56
7.5.4 Capacidad del equipo
En esta área de la pantalla se selecciona la capacidad en la que se quiere trabajar
en la fase de producción, teniendo en cuenta que el equipo con homogeneizador
está diseñado para una capacidad máxima de 5000 Litros/hora.
7.5.5 Señales de comunicación
Entre ultrapasteurizador y maquina llenadora, existen señales de comunicación
para el inicio de cada una de las fases correspondientes a estos equipos, antes de
iniciar cualquier fase la maquina llenadora tiene que enviar la señal de que esta
lista para iniciar dicha fase y luego de haber iniciado la fase el ultrapasteurizador
envía una señal de conformación de arranque de fase a la maquina llenadora.
Figura 26. Área de señales entre ultrapasteurizador y maquina llenadora.
En la figura 25 se muestra la ventana correspondiente a estas señales, cuando la
señal esta activa se muestra un cuadro con un chulo y cuando la señal esta
inactiva se muestra un cuadro vacío .
7.6 Recetas
En la pantalla de recetas se pueden crear, editar, borrar, cargar, descargar nuevas y
actuales recetas. Todos los parámetros que contienen las recetas son parámetros de las
fases de producción y unos pocos de esterilización.
La pantalla de recetas está dividida en 4 áreas como se muestran en la figura 12 y son:
1. Barra de receta: En esta barra aparece la receta actual cargada en el equipo.
57
2. Selección de recetas: En esta tabla se selecciona la receta que se quiere ser utilizada
para editarla, borrarla, cargarla etc. Con la ayuda de los siguientes botones se puede
hacer la selección de la receta requerida.
Ir a una línea hacia arriba en la lista.
Ir a una línea hacia abajo en la lista.
3. Estado de recetas: En el área de estado de recetas se muestra una barra de estados
el cual indica si la receta fue editada, cargada, creada, eliminada, entre otras.
4. Botones de recetas: En esta tabla hay 7 botones los cuales cada uno de ellos cumple
una función dentro de la ventana de recetas:
• Botón Descargar: Este botón cumple la función de descargar los
parámetros de la receta en el PLC del ultrapasteurizador.
• Botón de cargar: Carga los parámetros del PLC a la HMI.
• Botón nueva receta: Al ser presionado crea una nueva receta y le pide al
operador que le ponga un nombre a esta receta creada, cuando se crea una
nueva receta los parámetros se cargan automáticamente, pero se debe
verificar los valores de los parámetros.
• Botón Guardar: Con este botón se guarda los cambios realizados de los
valores en la tabla de recetas, luego de que sea modificado un parámetro se
debe guardar.
• Botón Actualizar: Actualiza los valores actuales cargados en PLC y los
valores de la receta que esta seleccionada en la tabla de selección de recetas,
estos valores son mostrados en la tabla de recetas.
• Botón Borrar: Elimina la receta que se tenga selecciona en la tabla de
selección de recetas, antes de ser eliminada la HMI pregunta al operador si
está seguro en eliminarla.
• Botón Renombrar: Ayuda para renombrar las recetas.
5. Tabla de recetas: La tabla de receta consta de 3 columnas como se muestra en la
Figura 26.
58
Figura 27. Pantalla de recetas.
La tabla contiene 3 columnas, en la primer columna de izquierda a derecha se tiene
la columna de parámetros, donde se ubica un listado de parámetros para producción
y unos pocos para esterilización, la segunda columna contiene los valores actuales
de la receta actual que está cargada en el PLC y finalmente en la tercera columna,
contiene los valores de parámetros de la receta que esta seleccionada en la tabla de
selección, con esta columna se hacen los cambios de valores de los parámetros de
los valores, para hacer estos cambios se usa la ayuda de los siguientes botones:
Ir a última línea hacia arriba en la lista.
Ir una página hacia arriba en la lista
Ir a una línea hacia arriba en la lista.
Ingresar al valor del parámetro.
Ir a una línea hacia abajo en la lista.
Ir una página hacia abajo en la lista
Ir a última línea hacia abajo en la lista.
59
Con la ayuda de estos botones se pueden modificar los valores de los parámetros
de las recetas.
7.6.1 Crear nueva receta.
Para crear una nueva receta se deben seguir los siguientes pasos.
1. Actualizar tabla de recetas con el botón actualizar.
2. Verificar que receta está cargada, en la segunda columna de la tabla de recetas.
3. Presionar el botón de crear nueva receta, inmediatamente aparecerá un display
como se muestra en la siguiente figura para editar el nombre de la receta.
Figura 28. Nombre de receta.
4. Presionar el botón Edit(F2) para editar el nombre de la receta.
Figura 29. Editar nombre de receta.
5. Para el ejemplo se crea una receta con nombre “Nectar”, presionar el botón de
ingresar e inmediatamente se creará la receta. En el cuadro de estado de receta
tiene que aparecer un mensaje en color verde de “receta creada exitosa!”.
60
NOTA: TODA RECETA QUE SE CREE ES UNA COPIA EXACTA DE
LA RECETA QUE ESTA CARGADA ACTUALMENTE EN EL PLC.
6. Ir a la tabla de selección de recetas, seleccionar la receta creada “Nectar”,
siguiente se debe presionar el botón actualizar. Como se muestra en la Figura 13
en la tercera columna aparece los parámetros de la nueva receta, se debe
modificar el parámetro de nombre y los sets points que se requieran debido
a que es una copia idéntica de la que está cargada en el PLC.
Figura 30. Receta - Edición de valores de parámetros.
7. Luego de haber modificado el parámetro de nombre y demás parámetros, se debe
guardar y en el estado de recetas aparecerá un mensaje en color blanco de
“guardado exitoso”, como se muestra en la Figura 30.
61
Figura 31. Receta – Guardar cambios.
Estos son los pasos para crear una nueva receta, para modificar recetas de debe
tener la selección de la receta en la tabla de selección de recetas, así mismo para
descargar o cargar una receta.
7.7 Alarmas
En la figura 32 se muestra un ejemplo de una ventana de historial de alarmas. La
alarma visualizada variará dependiendo del estado en la que se encuentre la alarma.
Cuando una alarma ocurre, la baliza de color rojo del tablero se encenderá, además en
el panel de control (HMI) aparece una ventana mostrando la falla que ocurrió en el
equipo, en la parte inferior de la pantalla de proceso hay una barra donde aparece la
última alarma y en el estado en la que se encuentra.
62
Figura 32. Pantalla de alarmas.
7.7.1 Indicadores de alarmas
• El color rojo indica alarma activa y no reconocida.
• El color amarillo indica alarma activa y reconocida.
• El color verde indica alarma no activa y reconocida.
Botón de Reset general.
Salir de pantalla.
Actualizar alarma.
Actualizar todas las alarmas.
Silenciar alarmas.
Limpiar todas las alarmas.
Ir a una línea hacia arriba en la lista.
Ir una página hacia arriba en la lista
Ir a última línea hacia arriba en la lista.
Ir a una línea hacia abajo en la lista.
Ir una página hacia abajo en la lista
Ir a última línea hacia abajo en la lista.
Tabla 16. Botones de control de alarmas.
63
7.7.2 Listado de alarmas
La siguiente tabla muestra el esquema de los fallos que se producen con mayor
frecuencia, sus causas y formas de eliminarlas. Las causas generales de fallos:
• No hay suministro de aire.
• Confirmación de posición de válvulas.
• Confirmación de contactores de motores.
• Disparo de guardamotores.
• Fallas en los servicios industriales que afectan directamente las fases.
PRECAUCIÓN
Sólo personal Autorizado se les permite ajustar los parámetros y renovar /
reparar el equipo.
64
Texto de Alarma Causa Acción en la maquina Instrucción para el operador
Falla bajo flujo por más de 30
segundos
No hay flujo de producto o agua en
el equipo.
Verificar nivel de tanque de
balanza y estado de válvulas de
suministro de producto o agua.
Guarda de temperatura de
esterilización perdida Temperatura menor a 121°C
Si está en paso de calentamiento y no
alcanza a superar esta temperatura se
reinicia el tiempo hasta alcanzar esta
temperatura. Si está en fase de
esterilización, producción, CIP
intermedio, o recirculación de agua
estéril se pierden condiciones de
esterilidad en el equipo, es decir
pierde la memoria de equipo estéril.
Verificación de servicios
industriales.
Paro de emergencia activo Paro de emergencia ubicado en el
tablero fue accionado.
El sistema inmediatamente se
detiene
Reiniciar el botón de paro de
emergencia.
Falla motor homogeneizador Motor no está funcionando
El equipo se detiene, si está en fase
de CIP la fase se pausa.
Comprobar el motor,
verificar/resetear variador de
velocidad.
Falla bomba de aceite
homogeneizador Motor no está funcionando
Comprobar el motor,
verificar/reiniciar
guardamotor.
Falla motor alimentación Motor no está funcionando
Comprobar el motor,
verificar/reiniciar
guardamotor.
Falla bomba centrifuga PUMP 1 Motor no está funcionando
Comprobar el motor,
verificar/reiniciar variador de
velocidad.
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Falla bomba de agua caliente PUMP
2 Motor no está funcionando
Comprobar el motor,
verificar/reiniciar
guardamotor.
Falla bomba booster PUMP3 Motor no está funcionando
Comprobar el motor,
verificar/reiniciar
guardamotor.
Falla posición QV1 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Si es falla del sensor solo se
visualiza la alarma, pero si es falla de
presión de aire se detiene la fase.
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV2 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV3 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV4 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV5 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV6 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV7 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV8 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV9 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV10 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV11 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV12 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV13 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
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Falla posición QV14 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV15 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV16 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV17 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV18 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV19 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla posición QV160 Fala en el sensor de confirmación o
falta de presión de aire
Comprobar el sensor y posición
de la válvula.
Falla nivel bajo Tanque balanza en
producción
El producto en el tanque de balanza
es demasiado bajo
Si el equipo está en producción,
termina producción y pasa a
recuperación de producto.
Comprobar el nivel de tanque
de almacenamiento de
producto y verificar posición
de válvulas manuales a la salida
del tanque de almacenamiento.
Falla presión de aire La presión de aire es demasiado baja Detiene las fases.
Comprobar que la presión de
suministro de aire debe ser
mayor a 6 bar.
Tabla 17. Listado de alarmas.
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7.8 Tendencias
En la ventana de tendencias es posible ver el comportamiento de varios valores
simultáneamente. En la figura 33 se muestra la tendencia de 4 temperaturas del equipo
en la fase de esterilización, donde cada temperatura tiene un correspondiente color
para poder ser identificado fácilmente:
Figura 33. Pantalla de tendencias.
• Color Verde: TE02 Temperatura de retención en el calentador principal.
• Color rojo: TE04 Temperatura salida de producto.
• Color azul: TE05 Temperatura de retorno de producto.
• Color amarillo: TE06: Temperatura de circuito de agua caliente.
Selecciona la variable a la que se le quiere hacer seguimiento.
Ir a una línea hacia la izquierda de la tendencia.
Ir al inicio de la tendencia.
Pausar el guardado de datos de las variables.
Ir a una línea hacia la derecha de la tendencia.
Ir al fin de la tendencia.
Tabla 18. Botones de control tendencias.
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7.9 Preparaciones
Este capítulo contiene una lista de puntos de control necesarios antes de iniciar
cualquier fase del esterilizador. Es necesario que todos los servicios industriales (vapor,
agua industrial, agua helada, red eléctrica y aire) deban funcionar correctamente para
el mejor desempeño del esterilizador.
ADVENTENCIA!
Se debe tener en cuenta siempre de que existe el riesgo de exposición a líquido caliente
presurizado (agua, producto, soda, ácido, etc.). El equipo de proceso puede contener
atrapado líquido caliente presurizado en ciertas áreas, incluso en condiciones de
apagado.
Para una verificación de servicios industriales se debe primero:
• Energizar tablero principal del ultrapasteurizador.
• Abrir válvula de aire comprimido
• Abrir válvula de vapor
• Abrir Válvula de agua
7.9.1 Puntos de control generales
Muchas de los siguientes puntos de control son condiciones de arranque que deben
cumplirse antes de iniciar cualquier secuencia.
• Verificar que el equipo este limpio. El equipo debe estar limpio después de
finalizar cada producción.
• Verificar que los amortiguadores del homogeneizador están libres de cualquier
residuo de producto después de la limpieza.
• Verificar que no haya vapor condensado en las trampas de vapor.
• Verificar el nivel del tanque de agua caliente.
• Verificar que la presión de vapor este correcta.
• Verificar que el paro de emergencia no este activo.
• Verificar el selector de posición del homogeneizador este en modo automático.
• Verificar bombas de agua helada y agua industrial están encendidas.
• Verificar que todos los actuadores están en modo automático.
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7.9.2 Puntos de control opcionales
• Verificar que todos los guardamotores están la posición correcta.
• Verificar que los variadores de velocidad no están en falla.
• Verificar uniones de tubería.
• Verificar que no haya concentración de soda en el circuito de agua caliente.
7.10 Operación
En este capítulo se describe como operar el equipo en todas las fases que tiene el
ultrapasteurizador, antes de iniciar cualquier fase verificar las preparaciones del equipo.
Ver capitulo preparaciones.
7.10.1 Ejecución de fases.
Para la ejecución de cualquier fase del ultrapasteurizador se deben seguir los mismos pasos que se realizaran enseguida:
1. Ir a la ventana de panel de control y presionar el icono correspondiente de parámetros de la fase correspondiente, en este caso es con la fase de esterilización.
Figura 34. Operación – Parámetros.
2. Al abrirse la ventana de parámetros, se deben verificar los parámetros de
esterilización, si es necesario se modifican, volver a la ventana de panel de control.
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3. Presionar el icono correspondiente a condiciones iniciales, verificar que todas las condiciones y falla de fase están correctos.
Figura 35. Operación – Verificación condiciones iniciales.
4. Luego de haber verificado parámetros y condiciones iniciales de la fase, se debe
verificar que la maquina llenadora esta lista para la fase de esterilización, para verificar esta señal se debe visualizar en el cuadro de señales de comunicación en el panel de control en la columna de la parte derecha.
Figura 36. Operación – Verificación señal llenadora.
5. Iniciar secuencia
Presionar BOTON DE ESTERILIZACIÓN (o fase requerida) seguido del BOTON INICIAR en el menú de operación.
6. Al ser iniciada la fase, el botón de control de la fase iniciada debe cambiar a color
verde.
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Figura 37. Operación – Indicador de fase.
7.11 Parámetros finales
En este capítulo se muestran los parámetros finales de cada parámetro de las fases del
equipo, además se muestran los valores de ajuste de lazos de control, el
ultrapasteurizador se ajustó a estos parámetros para su correcto funcionamiento, se
recomienda no modificar estos valores.
7.11.1 Parámetros esterilización.
Figura 38. Parámetros – Fase de esterilización.
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En los parámetros de esterilización existen 3 parámetros que no se pueden modificar,
debido a que estos parámetros son cargados directamente desde las recetas.
7.11.2 Parámetros producción.
Figura 39. Parámetros – Fase de producción.
Todos los parámetros de producción no son modificables desde esta pantalla, debido
a que las recetas contienen todos los parámetros de producción.
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7.11.3 Parámetros CIP
Los siguientes valores de parámetros fueron son los finales, después de realizar varios
lavados en el equipo.
Figura 40. Parámetros – Fase de CIP.
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7.11.4 Parámetros CIP intermedio.
Figura 41. Parámetros – Fase de AIC.
7.12 Lazos de control PID
Un lazo de control PID están diseñados para eliminar la necesidad de supervisión
continúa de la operación del equipo por parte de los operadores. El ultrapasteurizador
cuenta con tres lazos de control, un lazo de control de flujo y dos lazos de control de
temperatura.
NOTA: Los valores de los lazos de control no deben ser modificados porque
afectan al correcto funcionamiento del equipo.
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7.12.1 Lazo de control FIC01
Este lazo de control es el que controla el flujo o capacidad que se requiere en el equipo.
Figura 42. Lazo PID FIC01.
7.12.2 Lazo de control TIC02
Este lazo de control es el que controla la temperatura de esterilización.
Figura 43. Lazo PID TIC02.
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7.12.3 Lazo de control TIC04
Este lazo de control es el que controla la temperatura de salida de producto.
Figura 44. Lazo PID TIC04.
8. CONCLUSIONES
El desarrollo, diseño e implementación del sistema de control automático para el
esterilizador de leche fue satisfactorio. Cumpliendo con la necesidad del cliente en los
tiempos establecidos. Las etapas dentro del diseño, salvo ciertas modificaciones explicadas
en las secciones anteriores, se pudieron aplicar y poner en funcionamiento de manera
exitosa, por lo que la estructuración del sistema permitió una buena y eficiente ejecución
de la fase de implementación, solo generándose ciertos problemas e inconvenientes propios
de un proyecto de tal envergadura.
Este proyecto ha contribuido de manera muy importante para identificar y resaltar los
puntos que hay que considerar relevantes para llevar a cabo una implementación exitosa
en un proyecto de esta dimensión. Además de esto, ha ayudado al crecimiento profesional,
puesto que fue necesario integrar diferentes áreas de la ciencia como la termodinámica, la
química, la metrología y en especial, el control, cuyo objetivo era realizar un excelente
control en el esterilizador acorde con todas las exigencias que imponía el proceso con la
finalidad de entregar productos inocuos y de calidad para el posterior consumo humano.
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Es de gran importancia, el estudio del funcionamiento del sistema antes de entrar a realizar
cualquier trabajo en un equipo. Debido a que, se debe conocer las características
importantes de cada uno de los procesos que interactúan entre sí. El conocimiento en este
caso del funcionamiento del esterilizador con sus correspondientes fases de operación
permitió saber cuáles eran las necesidades y falencias del sistema, para que
respectivamente fueran corregidas.
Otro punto que se debe considerar clave para llevar a cabo un proyecto de automatización
industrial como este consiste en dar una buena capacitación a los usuarios del sistema
(operadores, supervisores, personal de mantenimiento, etc.). Dado que, si no se les entregan
las herramientas correspondientes para su correcto funcionamiento, pueden ocurrir
problemas de operación, lo que por consecuencia puede generar errores de funcionamiento
o al mismo tiempo reducir la vida útil de los módulos de control.