Resumen
- En esta era de competencia global, las empresas dependen de datos
oportunos, tales como el volumen de producción, además de exactos de sus plantas
industriales para la toma de decisiones. La integración de información de diferentes
procesos de la planta de producción es esencial para la productividad y rentabilidad de
la misma. Refiriéndonos específicamente a la empresa “Taquiña” y desde
el punto de vista de “GRACO” el realizar el monitoreo, ya sea de forma local o
remota, del flujo de cerveza para el respectivo cobro de impuestos mediante el uso de un
computador personal viene a ser una respuesta como parte integrante de la industria,
llegando a definirse un sistema que permite obtener la representación visual mediante
gráficas y reportes del volumen de producción de la planta, permitiendo la toma de
decisiones en el área de producción, mantenimiento y fiscalización de manera
respectiva.
Los constantes conflictos en el cobro de impuestos debido a las
deficiencias en los sistemas de control del volumen de producción de cerveza son los
motivos fundamentales para el planteamiento de este proyecto, con el cual se pretende dar
una solución acertada, considerando básicamente problemas como la carencia de
instrumentos adecuados, fallas humanas y mecánicas en la medición del volumen de cerveza
producida. Con el fin de experimentar en funcionamiento las cualidades y características
del proyecto se desarrolló un prototipo que abarcó tanto el monitoreo local como el
remoto vía módem. Dicho prototipo funcionando se presentó ante las instancias
correspondientes satisfaciendo las expectativas de las mismas. El proyecto pretende ser
una contribución al plan de modernización tanto en el cobro de impuestos como en control
de producción dentro las industrias.
En
la actualidad, la mayoría de las empresas cerveceras y otras que trabajan con fluidos no
cuentan con un control adecuado de su producción final, peor aún, aquellas empresas que
se dedican a la fiscalización de la misma. Por ejemplo, entre las empresas cerveceras:
TAQUIÑA, DUCAL, POTOSINA, HUARI, etc., y otras empresas como PIL Sta. Cruz (Planta
Industrializadora de Leche), que tienen como su fiscalizadora a GRACO, no se cuenta con un
sistema que permita conocer con precisión la cantidad de leche y los derivados que son
producidos por éstas.
Para conocer más de cerca los problemas que tienen dichas empresas, se
escoge como modelo a la empresa “TAQUIÑA”, por presentar deficiencias en cuanto
a la medición de la cerveza en las zonas de enlatado y embotellado. De igual manera la
subadministración de impuestos (GRACO) presenta aún peores problemas como se describe a
continuación, lo cual afecta en el desempeño adecuado de sus tareas. Todo lo
anteriormente mencionado se constató gracias a una visita realizada a la empresa
"TAQUIÑA" donde se pudo observar que el método de medición de producción
usado puede ser clasificado en dos tipos:
Método mecánico.
Método electrónico.
· Método mecánico.
Este método es utilizado por GRACO y consiste en una especie de cruz
metálica que está por encima de una banda transportadora de botellas de cerveza,
ocupando aproximadamente 1/4 del ancho de dicha banda. Esta realizará un giro parcial
cada vez que una botella cruce por éste sitio, ocasionando que una de las aspas de la
cruz mueva un engranaje que corresponde a un incremento de giro de un rodillo con
impresiones de dígitos que vienen a ser las unidades. Todo esto como parte de un sistema
mecánico de conteo que maneja 6 dígitos, mismo que representa la cantidad de botellas
envasadas al día. Dicho valor es copiado a una planilla por un empleado de GRACO en forma
diaria. Este método además de ser obsoleto, es inseguro por la infinidad de formas
sencillas de evadir el control, lo cual ocasiona pérdidas en la recaudación de
impuestos.
· Método electrónico.
Este método es utilizado por la empresa
“TAQUIÑA” y corresponde a una forma más moderna de medición que la anterior,
ya que está conformada por sensores retroreflectivos, donde la detección ocurre cuando
el objeto atraviesa el eje óptico entre sensor y reflector. Las botellas pueden ser
detectadas sin importar su forma, color o material. (tienen una distancia máxima de
sensado de 2 o 3 m.).
Una vez que el objeto es detectado el sensor envía una señal a un
contador que se encarga de totalizar el conteo, la visualización se realiza en una
pantalla L.C.D. (Liquid Crystal Display). Este método es utilizado para el control de la
producción de la fábrica, y de igual forma que el anterior método requiere de una
persona para la transcripción de valores de la pantalla L.C.D. a la planilla, para su
posterior análisis.
El problema de la fiscalización de la producción de cerveza en la
fábrica Taquiña, puede ser resumido básicamente en los siguientes aspectos:
· Carencia de instrumentos
adecuados para la medición del volumen producido.
· Fallas humanas en la
lectura de valores.
· Deficiencias mecánicas
en el sistema actual de medición.
· Falta de un sistema
remoto que sea rápido y confiable al brindar datos actuales del volumen de producción de
cerveza.
Considerando lo anteriormente mencionado y aplicando los conocimientos
adquiridos en las investigaciones previas, en la Figura 1 se presenta un diagrama de
bloques general del proyecto que representa una propuesta de solución al problema
planteado:
Figura
1: Diagrama de bloques de la propuesta de solución
al problema de impuestos.
De acuerdo al diagrama de bloques anterior, primero procedimos a
dimensionar el sensor encargado de medir el volumen de cerveza dentro la industria.
Para tal caso se realizó la investigación necesaria que permitió conocer los principios
de medición de los flujómetros y las características del líquido a ser medido
(cerveza).
Algunas de las características de la cerveza que vale la pena mencionar es
que es un líquido con un contenido de sólidos de 0.00% y que cuenta con una
conductividad >=20 µS/cm por lo cual puede ser medido por dos tipos de flujómetros,
el que utiliza el sistema electromagnético y el que utiliza el sistema vortex.
El flujómetro que utiliza el sistema vortex para la medición tiene un
porcentaje de error para líquidos (±0.75% valor medido) mayor al que utiliza el sistema
electromagnético (±0.2%), por tanto, el flujómetro con el sistema vortex fue
descartado, ya que en el proyecto buscaba obtener valores con la mayor precisión posible.
Una vez dimensionado el flujómetro, se procedió a establecer que el
sistema que se encargue de la adquisición, almacenamiento y la manipulación de los datos
sea flexible, seguro y cumpla con normas de calidad industrial. Flexible en cuanto al
número de entradas que puedan ser añadidas en forma rápida y sencilla cuando la
industria en su afán de crecimiento instale otra línea de producción. Seguro en cuanto
al almacenamiento de datos; este equipo debería tener la capacidad de guardar los datos
ante la ausencia de alimentación ocasionada por un corte de energía eléctrica, su
mantenimiento debería ser lo más simplificado posible y por último el equipo debe
cumplir con normas internacionales de calidad industrial con certificados que lo
acrediten.
Considerando lo anterior, se determinó el uso de un Controlador Lógico
Programable (PLC) descartando el uso de tarjetas y otros dispositivos.
Después de dimensionar el PLC se procedió a la programación del mismo
considerando los siguientes pasos:
1.- Determinar que es lo que el sistema de control debe realizar y en que
orden.
2.- Seleccionar los dispositivos de Entrada y Salida.
3.- Escoger los módulos de E/S y configurar el PLC.
4.- Asignar las direcciones de E/S.
5.- Crear un diagrama escalera.
6.- Ingresar el programa a la CPU vía una interfaz de programación.
7.- Depurar, probar y poner en marcha el programa.
8.- Documentar el programa y el sistema.
Una vez que se tuvo el flujómetro y el PLC adecuadamente dimensionados y
programados se procedió a elegir el medio de transmisión que se utilizaría para la
transmisión de datos de diferentes lugares (cervecerías) a un lugar central donde se
realizaría el monitoreo. Para dicho caso se eligió a una red telefónica pública (PTN)
por que se consideró que es la alternativa más conveniente ya que la transmisión de
datos no es continua y la cantidad de los mismos es reducida, además de tener un costo
bajo por dicho servicio.
Después de definir el medio de transmisión de datos se procedió a
determinar el protocolo de comunicación para el prototipo llegando a clasificarse como un
protocolo de enlace de datos asíncrono ya que utiliza para la detección de errores
LRC(verificación de redundancia vertical), paridad y ARQ (retransmisión) para la
corrección de errores.
Luego de determinar el protocolo de comunicación se realizó una
investigación y análisis sobre la comunicación de datos, en cuanto a los modos de
transmisión, códigos de comunicación, técnicas de detección de errores, corrección
de errores, sincronización, medios de transmisión vía módem, módems síncronos,
asíncronos, protocolos, etc., para poder dimensionar un módem que ofrezca mayores
ventajas en cuanto a los puntos anteriormente mencionados, para que de esta manera se
tenga una comunicación de datos confiable y rápida.
Con el flujómetro, PLC, módem, línea telefónica y una PC (computadora
personal) se completa el sistema físico del prototipo y se procede a desarrollar el
software remoto para GRACO con las siguientes características:
1. -
Establecer una conexión telefónica estable y segura mediante la configuración del
módem.
2. - Marcado automático o manual al lugar donde desea realizar el
monitoreo remoto como se puede observar en la Figura 2.
Figura
2: Pantalla de monitoreo remoto para conocer
los volúmenes de producción de cerveza en el país.
3. - Transmitir y recibir datos junto con una secuencia de chequeo de
cadena (FCS) para la detección de errores.
4. - Calcular el error en la medición considerando básicamente el error
de fábrica del sensor y el equipo de lectura.
5. - Control de acceso al software de monitoreo remoto mediante una palabra
clave.
6. - Ventanas de mensajes para la verificación de conexión entre ambos
módems que se encuentran conectados en los extremos de la línea telefónica.
7. - Generación de animación para el control visual del flujo de datos
entre el PLC remoto y el computador, entre el sensor de nivel y el PLC y por último entre
el sensor de flujo y el PLC. Además de la generación de animación del nivel de llenado
del tanque, etc., como se puede observar en la Figura 3.
8. - Identificar con el tipo de PLC OMRON con el cual se está comunicando
el computador.
9. - Control independiente de encendido y apagado de los sensores de nivel
y flujo con el fin de realizar cualquier tipo de mantenimiento.
Figura
3: Pantalla de visualización y control del estado
de los equipos y volumen de producción.
10. - Reporte de valores instantáneos con el fin de verificar el
correcto funcionamiento de los sensores.
11. - Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (fecha,
hora, flujo instantáneo, flujo total, nivel instantáneo) instantáneos cuantos uno desee
y con un tiempo mínimo de guardado de 1 ms.
12. - Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (mes,
día, flujo total y error de medición) de flujo totalizado correspondientes a los
últimos 20 días con la capacidad de ser borrados previa verificación de una palabra
clave.
13. - Generar
reportes visuales e impresos de los valores instantáneos de flujo y nivel.
14. - Generar reportes visuales e impresos de flujo totalizado históricos
con sus sumatorias respectivas y el error de ± 0.7% del sensor de flujo y el módulo de
lectura, todo esto al final del reporte, como se puede observar en la Figura 4
Figura
4: Formato del reporte impreso del volumen de producción diario
incluyendo el error que se comete en la medición.
15. - Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (fecha,
hora-minuto de apagón, hora-minuto de reinicio y duración) de cortes de energía
correspondientes a los últimos 20 días con la capacidad de ser borrados previa
verificación de una palabra clave, esto con el fin de verificar que no apaguen los
sensores o el PLC para la evitar que se totalice el flujo.
16. - Generar reportes visuales e impresos de los cortes de energía
ocurridos, como se puede observar en la figura 5:
Figura
5: Formato del reporte impreso de los cortes
de energía ocurridos en los equipos.
Con el fin de aprovechar los equipos como ser flujómetro y PLC se
desarrolló un software local para “Taquiña” que funciona en forma paralela al
software remoto de GRACO, para que de esta forma las industrias cerveceras cuenten con
reportes de volúmenes de producción precisos e idénticos a los de la empresa
fiscalizadora, evitando de esta forma discusiones en cuanto a las diferencias de
volúmenes de producción ya que estas no existirán. Dicho software de monitoreo local
cuenta con las siguientes características:
1.- Establecer una conexión estable y segura a través de un cable
físico.
2.- Transmitir y recibir datos junto con una secuencia de chequeo de cadena
(FCS) para la detección de errores.
3.- Calcular el error en la medición considerando básicamente el error de
fábrica del sensor y el error que presenta el módulo analógico en la lectura.
4.- Control de acceso al software de monitoreo local mediante una palabra
clave.
5.- Generar animación para el control visual del flujo de datos entre el
PLC y el computador, entre el sensor de nivel y el PLC y por último entre el sensor de
flujo y el PLC. Además de la generación de animación del nivel de llenado del tanque,
etc.
El software de monitoreo local cuenta con una pantalla inicial como se
puede observar en la siguiente figura:
Figura
6: Pantalla inicial del
software de monitoreo local.
6. - Generar gráficas en tiempo real de la medición de flujo y nivel
adjuntos a sus valores respectivos.
7.- Identificar con el tipo de PLC OMRON con el cual se está comunicando
el computador.
8.- Manejo de alarmas visuales de máximos y mínimos como se puede
observar en la figura 7.
9. - Control independiente de encendido y apagado de los sensores de nivel
y flujo.
10.- Configuración del puerto de comunicación mediante selección en el
menú del programa de monitoreo local.
11.- Visualización del último valor máximo y mínimo ocurridos.
Figura
7: Pantalla de visualización de flujo instantáneo,
control e identificación de equipos, manejo de alarmas, etc.,
correspondientes software de monitoreo local.
12. - Visualización del mes, día y hora del PLC con el fin de verificar y
corregir en caso de error del mismo.
13.- Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (fecha,
hora, flujo instantáneo, flujo total, nivel instantáneo, nivel máximo y el nivel
mínimo) instantáneos cuantos uno desee y con un tiempo mínimo de guardado de 1
ms.
14.- Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (mes, día,
flujo total y error de medición) de flujo totalizado correspondientes a los
últimos 20 días con la capacidad de ser borrados previa verificación de una palabra
clave.
15.- Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (fecha,
hora-minuto de apagón, hora-minuto de reinicio y duración) de cortes de energía
correspondientes a los últimos 20 días con la capacidad de ser borrados previa
verificación de la clave.
16.- Recibir del PLC y guardar en una base de datos los valores (fecha,
hora-minuto de transición de flujo, valor de transición de flujo, hora-minuto de
transición de nivel y valor de transición de nivel) de transiciones anormales de las
señales de los sensores esto para tener información de cualquier cambio brusco en
la medición de parámetros con el fin de realizar una revisión y mantenimiento de los
sensores
17.- Generar reportes visuales e impresos de los valores instantáneos de
flujo y nivel.
18.- Generar reportes visuales e impresos de los cortes de energía
ocurridos.
19.- Generar reportes visuales e impresos de flujo totalizado históricos
con sus sumatorias respectivas y el error de ±0.7% del sensor de flujo todo esto al final
del reporte.
20.- Generar reportes visuales e impresos de los valores de las
transiciones de flujo y nivel.
De acuerdo a pruebas realizadas con el prototipo presentado a las
instancias respectivas se obtuvo los siguientes resultados:
1. Concernientes al hardware:
· Después de la
investigación y el análisis realizado de los diferentes sensores de flujo se eligió al
PROMAG 33FT65AD 1AA1BE22A, con una precisión de ±0.2%, protección IP67, NEMA 4X, etc.,
Cabe aclarar que el sensor de flujo es parte fundamental dentro el proyecto por tanto se
puso mayor énfasis en cuanto a su dimensionamiento e instalación.
· En cuanto al sistema de
adquisición de datos a ser utilizado, se elige al PLC OMRON CQM1-CPU21 y sus módulos
respectivos, presentando una precisión del ±0.5% en la adquisición de valores del
flujo.
· Basados en
investigaciones y pruebas se elige al módem US.ROBOTICS 33.6Kbps, que brinda una
detección de errores (CRC) del 99.95% y una corrección de errores basada en la
retransmisión automática (ARQ).
2. Concernientes al software:
· Se diseñó y se
presentó funcionando el programa del PLC, el cual fue desarrollado para tener la
capacidad de almacenar información (fechas, volúmenes de producción, etc.) en forma
automática por día hasta un máximo de 20 días lo cual es variable.
· Mediante la utilización
de herramientas de programación visuales, como es el caso del lenguaje Delphi, se
desarrolló un programa que realiza la detección de errores en un 75% a 98% de todas las
transmisiones de errores (LRC) y brinda facilidades en cuanto a generación de gráficas y
reportes.
En cuanto a las bases de datos que se están manejando tienen una capacidad
de 2 mil millones de registros cada una, por lo cual la limitante para el almacenamiento
de datos sería el hardware específicamente el disco físico de almacenamiento.
Con respecto al problema del año 2000, conocido como “Y2K”, la
base de datos que se está utilizando en este proyecto (PARADOX97), no tiene problema
alguno porque el año lo maneja considerando los 4 dígitos o sea cumple con el Y2K.
La programación del módem lo realizó utilizando los comandos llamados
“AT” que son el lenguaje base para los módems.
De acuerdo al cumplimiento de los objetivos se obtuvo un sistema de
monitoreo local que facilita a la empresa la obtención de información rápida del
volumen de cerveza con un error total del 0.7%, mediante la generación de reportes
diarios, semanales, etc. Además de contribuir con datos y reportes (impresos y visuales)
de valores instantáneos de flujo, cortes de energía y transiciones anormales en el
flujo, que pueden ayudar a realizar mantenimientos preventivos en algunas máquinas y de
esta manera mejorar la producción, lo cual lógicamente implica mayores ingresos
económicos.
En cuanto al sistema de monitoreo remoto representa una solución en el
conflictivo problema del cobro de impuestos a grandes contribuyentes específicamente a
cerveceras, ya que este sistema brinda reportes visuales e impresos de la producción
total diaria, semanal, etc., con la mayor rapidez y confiabilidad, limitando el factor de
error total a un 0.7% presente desde fábrica del sensor de flujo y el PLC. Lo cual es
calculado y añadido en cada reporte en unidades de litros o las que se requieran. Además
de esto se podrá verificar algunos indicios de intentos de evasión mediante reportes de
cortes de alimentación de sensores, etc.
Este sistema servirá de apoyo a todo aquel usuario que requiera datos de
procesos que impliquen la manipulación de líquidos conductivos, ya sea en forma local
(dentro de la industria) como en forma remota (fuera de la industria). El sistema remoto
podrá ser implantado en lugares donde básicamente se cuente con una línea telefónica.
El sistema de monitoreo remoto contribuye de sobremanera en la
modernización en el cobro de impuestos que actualmente se lo realiza en forma precaria,
ineficiente y obsoleta considerando la tecnología disponible en nuestro país.
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