Estación de etiquetado: sensor inductivo y enclavamiento
En una línea de embotellado de una bodega, una cinta transporta botellas de vidrio con cápsula de aluminio. La estación de etiquetado debe detectar la presencia de la botella y accionar un cilindro neumático de doble efecto (válvula 5/2, 24 V DC) que aplica la etiqueta. Se utiliza un sensor inductivo M18, PNP, NA, conectado a una entrada digital de un PLC S7-1200 (24 V DC, configuración SINK/SOURCE). El sensor está montado a 8 mm de la cápsula y detecta de forma intermitente: a veces la etiqueta se aplica tarde y a veces no se aplica. El ciclo es de 120 botellas/min; el PLC tiene un tiempo de scan de 10 ms. El operario ha añadido un temporizador de 300 ms para «estabilizar» la señal, pero el problema persiste y aumenta el rechazo. Se pide diagnosticar sin cambiar el PLC y proponer una solución de sensórica, cableado y lógica, respetando la seguridad.
1. Explica por qué el sensor inductivo puede fallar en esta aplicación y por qué el temporizador de 300 ms no es adecuado. Calcula el tiempo disponible por botella y compáralo con el scan.
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El sensor inductivo solo detecta metales. La cápsula de aluminio es un blanco pequeño y fino, y a 8 mm puede estar en el límite de su distancia de detección; además, la posición lateral y la altura de la botella varían con la vibración. El vidrio no se detecta, así que el sensor depende de ver la cápsula, no el cuerpo de la botella. Si el montaje está algo inclinado o la cápsula está abollada, la señal se pierde.
A 120 botellas/min, el período es 60/120 = 0,5 s = 500 ms. Un temporizador de 300 ms consume el 60 % del ciclo y deja solo 200 ms para detectar, etiquetar y evacuar; cualquier fluctuación provoca etiqueta tardía o ausencia. El scan de 10 ms no es el problema principal: hay 50 scans por botella. El temporizador no corrige la causa, solo retrasa y enmascara la señal. También habría que verificar la configuración PNP/PNP del PLC y el común de la entrada, porque un desajuste SINK/SOURCE puede dar señales intermitentes.
2. Propón una solución de sensórica y cableado: tipo de sensor, principio, distancia de montaje, salida PNP/NPN y conexión al PLC. Indica cómo comprobarías la inmunidad al ruido.
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Sustituiría el inductivo por un sensor fotoeléctrico de barrera a través de la cinta, que detecta el cuerpo de la botella independientemente de la cápsula, o por un difuso con supresión de fondo si no se puede poner receptor enfrente. Montaje rígido, a una distancia dentro del alcance y con haz que cruce la botella en una posición repetible; evitar luz solar directa y reflexiones. Salida PNP, NA, 24 V DC, compatible con la entrada del S7-1200: el sensor entrega +24 V a la entrada y el común de la entrada debe estar referido a 0 V según la configuración SINK/SOURCE elegida.
Cable apantallado, pantalla a tierra en el cuadro, recorrido separado de cables de potencia del motor y de la válvula, y ferrita si hay ruido. En el PLC pondría un filtro de entrada de 5–10 ms, no 300 ms. Comprobaría la inmunidad haciendo funcionar la cinta con y sin válvula, con botellas claras y oscuras, y verificando que no hay pulsos espurios con un contador rápido o el diagnóstico del PLC.
3. Describe la lógica ladder para que el cilindro no actúe si no hay botella, si la cinta está parada o si la puerta de seguridad está abierta; incluye reset manual y confirmación de 100 ms.
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Asignación: I0.0 sensor de botella, I0.1 cinta en marcha, I0.2 puerta cerrada, I0.3 reset manual, I0.4 sensor de cilindro extendido; Q0.0 válvula 5/2. La seguridad física debe ir por relé de seguridad y escape neumático, no solo por PLC.
Red 1: condición de seguridad = I0.1 AND I0.2. Red 2: detector con TON de 100 ms; si la botella permanece presente 100 ms, se genera «botella válida». Red 3: si seguridad AND botella válida AND NOT Q0.0 AND NOT enclavamiento de fallo, SET Q0.0. Red 4: cuando I0.4 indica cilindro extendido, o tras un TON de 500 ms como vigilancia, RESET Q0.0. Red 5: si cae la seguridad o falta la confirmación, se activa un latch de fallo que apaga Q0.0 y exige I0.3 para rearmar. Así se evita etiquetar sin botella, con la cinta parada o con la puerta abierta, y se conserva la trazabilidad del fallo.