Línea de llenado: rechazo y seguridad con PLC
Una línea de llenado de botellas de agua funciona a 120 botellas/min. Las botellas avanzan a 0,5 m/s sobre una cinta y pasan por un sensor fotoeléctrico de entrada. El puesto de rechazo está 0,45 m aguas abajo y acciona un cilindro neumático durante 35 ms. El PLC tiene un tiempo de ciclo de 10 ms y el sensor responde en 2 ms. La botella mide 70 mm de diámetro y el hueco entre botellas es de unos 180 mm. Se quiere rechazar solo las botellas con tapón mal colocado, detectadas por una cámara 0,2 m antes del sensor de entrada; la señal de la cámara dura 20 ms. Además, la línea tiene una puerta de protección con interruptor de seguridad y un pulsador de parada de emergencia. El operario debe poder retirar una botella atascada sin que la cinta arranque accidentalmente. La empresa pide usar un PLC estándar y no instalar módulos de seguridad adicionales.
1. Calcula el retardo entre la señal de la cámara y el accionamiento del cilindro. ¿Es fiable un temporizador fijo en el PLC? Justifica con la resolución temporal y la separación entre botellas.
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Distancia cámara-puesto de rechazo: 0,2 + 0,45 = 0,65 m.
Tiempo de transporte: 0,65/0,5 = 1,30 s. A ese retardo hay que sumar el tiempo de respuesta del sensor, el ciclo del PLC y el tiempo de extensión del cilindro; el conjunto es del orden de 1,30 s + 0,002 + 0,010 + 0,035 = 1,35 s, aunque el accionamiento debe adelantarse para que el vástago esté extendido cuando llegue la botella.
A 120 botellas/min, el intervalo entre botellas es 60/120 = 0,5 s; la distancia entre centros es 0,5×0,5 = 0,25 m, compatible con 70 mm de botella y 180 mm de hueco. La botella tarda 70/0,5 = 140 ms en pasar por el puesto de rechazo. Con ciclo de PLC de 10 ms, la resolución espacial es 5 mm, suficiente para esa ventana.
Un temporizador fijo puede funcionar solo si la velocidad es constante, no se pierde ninguna botella y se gestiona una cola. Si se rechazan dos botellas seguidas o cambia la velocidad, un único temporizador no basta. Usaría un registro de desplazamiento o una cola FIFO sincronizada con un encoder de la cinta, y dispararía el cilindro con un pulso temporizado de 35 ms.
2. Diseña la secuencia de seguridad para retirar un atasco. ¿Puede hacerse con un PLC estándar? Incluye parada de emergencia y puerta.
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No. La parada de emergencia y la puerta de protección son funciones de seguridad; un PLC estándar no garantiza la necesaria fiabilidad. La empresa debería instalar un relé o módulo de seguridad, o un PLC de seguridad, y no solo usar el PLC de proceso.
Secuencia propuesta:
- Pulsar la parada de emergencia: debe cortar de forma directa la alimentación de los contactores del motor de la cinta y del cilindro, con circuito de doble canal y rearme manual.
- Abrir la puerta: el interruptor de seguridad debe impedir el arranque mientras esté abierta; si se permite acceso, se usa enclavamiento y bloqueo.
- Bloqueo y etiquetado: el operario asegura el seccionador antes de introducir la mano.
- Retirada del atasco y comprobación de que no quedan personas ni herramientas.
- Rearme manual desde fuera de la zona protegida; la cinta no debe arrancar automáticamente al cerrar la puerta.
El PLC estándar puede gestionar el estado de la línea, las alarmas y el registro, pero la cadena de seguridad debe ser independiente. Para el cilindro, si se necesita movimiento durante el mantenimiento, usaría mando de hombre presente a baja velocidad, nunca un arranque normal.
3. La cámara debe detectar tapones transparentes sobre un fondo brillante. Propón una solución de detección y explica por qué el fotoeléctrico de entrada puede dar falsos positivos.
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Un sensor fotoeléctrico convencional puede fallar con PET transparente porque el haz atraviesa la botella, se refracta o se refleja en el fondo brillante; la señal recibida puede parecerse a la de ausencia de botella. Para la entrada usaría un sensor de detección con supresión de fondo, un sensor ultrasónico o una barrera de infrarrojos con apertura y montaje inclinado, validando el montaje con pruebas de botella llena, vacía y sin botella.
Para el tapón, la cámara es adecuada si se ilumina en contraluz o con luz difusa y se define una región de interés; el color y la transparencia del tapón pueden requerir luz infrarroja o un algoritmo de contorno. Si el tapón es del mismo material que la botella, una simple inspección de color no basta: convendría medir altura, presencia de anillo de garantía o usar visión con iluminación rasante.
Además, la señal de la cámara dura 20 ms y el PLC lee cada 10 ms, por lo que puede capturarla; aun así, usaría una entrada rápida o un módulo de contaje para no perder pulsos y sincronizaría el rechazo con el encoder.