Estación de llenado y rechazo con PLC
Una línea de llenado produce 40 botellas/min de PET transparente de 0,5 L. La cinta avanza a 0,50 m/s y el tambor del encoder tiene 100 mm de diámetro con 1.000 pulsos/rev. Un sensor debe detectar cada botella antes de la llenadora; otro sistema pesa la botella llena y un cilindro neumático la rechaza si el peso neto se sale de 0,50±0,01 kg. La tolerancia de posicionamiento para el rechazo es ±2 mm. El PLC tiene entradas PNP de 24 V y el programa debe ser robusto frente a botellas transparentes, paradas y fallo de sensores. La llenadora actual funciona con temporizador, pero la presión de red varía y aparecen botellas fuera de tolerancia. El responsable de mantenimiento quiere saber qué sensor elegir, si la resolución del encoder basta y cómo estructurar la secuencia y el control de llenado.
1. Elige el tipo de sensor para detectar botellas de PET transparente con PLC PNP. Calcula la resolución del encoder y decide si es suficiente para la tolerancia de ±2 mm.
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Para PET transparente no sirve un inductivo: no hay material metálico. Un capacitivo puede detectar el líquido, pero es sensible a humedad y a cambios de producto. La opción más robusta es un sensor ultrasónico PNP o un fotoelectrico de barrera PNP; si se usa fotoelectrico, conviene de barrera o con supresión de fondo y filtro de polarización, porque el PET transparente apenas atenúa el haz. Con el PLC PNP, el sensor debe ser PNP (sourcing) o usar interfaz adecuada.
Encoder: circunferencia = π × 100 = 314,16 mm. Resolución de un canal = 314,16/1.000 = 0,314 mm/pulso. La ventana de ±2 mm es de 4 mm, equivalente a 4/0,314 ≈ 12,7 pulsos. Es suficiente incluso sin cuadratura; con cuadratura ×4 la resolución sería 0,0785 mm/pulso. A 0,5 m/s, la frecuencia de pulso es 0,5/0,000314 ≈ 1.592 Hz, admisible para un PLC normal. La resolución no es el problema; sí lo es la repetibilidad del sensor de botella y del freno.
2. Describe un GRAFCET o secuencia de control para llenar, pesar y rechazar, incluyendo parada y fallo de sensor.
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Secuencia propuesta, con lógica positiva y marcha/paro:
- M0 inicial: cinta parada, cilindro recogido, contadores a cero. Si marcha=1 y seguridad=1 → M1.
- M1 avance: cinta en marcha. Cuando sensor de botella=1 → M2.
- M2 posicionar: parar cinta y esperar estabilización. Si no llega botella en un tiempo máximo → alarma y M0.
- M3 llenar: abrir válvula hasta peso objetivo o fin de dosificación; si se supera un tiempo máximo → alarma y M6.
- M4 pesar: leer célula de carga; si 0,49 ≤ peso ≤ 0,51 kg → M5; si no → M6.
- M5 salida buena: retirar botella y volver a M1.
- M6 rechazo: activar cilindro neumático, temporizar 0,5 s, recoger y volver a M1.
La parada debe llevar a M0 y cerrar válvula, parar cinta y recoger cilindro. Un fallo de sensor debe tratarse como ausencia de botella o como alarma, nunca como señal permanente de “todo correcto”. Conviene separar la seguridad de la secuencia productiva con un relé de seguridad.
3. El llenado por temporizador da pesos dispersos. Propón un control de llenado y calcula el caudal medio necesario para llenar 0,5 L en 0,9 s. Explica el error, el sensor y el actuador.
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Caudal medio: Q = V/t = 0,5 L/0,9 s = 0,556 L/s = 33,3 L/min. El ciclo total a 40 botellas/min es 1,5 s, así que 0,9 s de llenado deja 0,6 s para posicionar, pesar y rechazar; es ajustado y habría que verificarlo.
El temporizador es un control en lazo abierto: si varía la presión, cambia el caudal y el volumen. Propongo un lazo cerrado con caudalímetro o con la célula de carga como realimentación. El controlador PID compara el peso medido con el objetivo de 0,500 kg y corrige la apertura de la válvula proporcional. El sensor es el caudalímetro o la célula de carga; el actuador, la válvula proporcional; el error es la diferencia entre peso objetivo y peso real. Para evitar sobrellenado, se puede hacer llenado rápido hasta 0,45 kg y acabado lento hasta 0,50 kg. Hay que compensar el retardo de la válvula y filtrar la señal de peso.