Automatización de un proceso de llenado, taponado y embalado de botellas

Abstract

En este trabajo se llevará a cabo la simulación de la automatización de un proceso de llenado, taponado y embalado de botellas. En la primera etapa de la línea de producción, se realizará el proceso de llenado de las botellas por medio del PLC S7-1214C AC/DC/Rly. Para lograrlo, esta sección inicial del entorno de producción estará equipada con una cinta transportadora encargada de suministrar botellas vacías de manera continua. A continuación, un sensor óptico de tipo reflexivo detectará la presencia de cada botella, lo que detendrá la cinta transportadora y hará que un cilindro neumático se introduzca en la boca de la botella para proceder a su llenado. Para llevar a cabo el llenado de las botellas, se dispone de un tanque de agua de aproximadamente 3 metros de altura. El control del flujo de entrada de agua al tanque se realizará mediante una válvula que estará controlada por un regulador PID. Dicho regulador se encargará de mantener un nivel de agua constante. La válvula de salida también estará controlada por un regulador PID, cuya función será regular el flujo de agua para lograr el llenado de las botellas con el volumen deseado. Una vez que la botella está llena, la cinta transportadora la desplazará hasta otra cinta que se corresponde con la segunda etapa de este proceso productivo. En la segunda etapa de la línea de producción, se llevará a cabo el proceso de taponado y embalado de las botellas de agua utilizando el robot industrial IRB120. Una cinta transportadora suministrará las botellas llenas de agua al manipulador robótico. Otro sensor reflexivo será el responsable de detectar las presencia de las botellas, deteniendo la cinta transportadora e iniciando la secuencia de movimientos del robot industrial. El robot tomará un tapón depositado a un lado suyo. Utilizando una combinación de movimientos de rotación y traslación, el robot enroscará el tapón en el cuello de la botella. Posteriormente, agarrando la botella por el tapón, el robot la desplazará a una de las celdas de la caja de almacenamiento. Además, a través de un estudio de la cinemática del robot, se podrá determinar las posición y orientación de todos los puntos a lo largo de las trayectorias que conforman la secuencia de movimientos del robot. Asimismo, es posible conocer las velocidades y aceleraciones de las articulaciones que componen el manipulador. La herramienta de trabajo utilizada por el robot industrial ha sido diseñada, impresa y montada con el fin de que el robot IRB120 puede llevar a cabo las tareas mencionadas. Se simulará físicamente el movimiento de apertura y cierre de la misma.

This project simulates the automation process of filling, capping, and packaging bottles. In the first step of the production line, the bottle filling process will be performed using the PLC S7-1214C AC/DC/Rly. To achieve this, the initial section of the production line will be equipped with a belt conveyor responsible for supplying empty bottles. Next, a reflexive optical sensor will detect the presence of each bottle, which will stop the belt conveyor and it will activate a pneumatic cylinder to enter the bottle's mouth for filling. To fill the bottles, there is a water tank 3 meters high. The control of the water flow entering the tank will be done through a valve controlled by a PID controller. It will keep a constant water level. The outlet valve will also be controlled by a PID controller, this controller will regulate the water flow to achieve the desired volume in the bottle. Once the bottle is filled, the belt conveyor will move the bottle to another belt which corresponds to the second step of this production process. In this second step of the production line, the capping and packaging process of the water bottles will be carried out using the industrial robot IRB120. A belt conveyor will supply the filled water bottles to this manipulator. Another optical sensor is going to detect the presence of the bottles, stopping the belt conveyor, and starting the sequence of movements of the industrial robot. The robot will catch a cap placed next to it. Using a combination of rotational and translational movements, the robot will introduce the cap onto the bottle's neck. Then, by catching the bottle by the cap, the robot will move it to one of the box cells. Furthermore, a study of the robot's kinematics will allow to know the position and orientation of all the points along the trajectories that forma the robot's movement. Besides, it is possible to know the velocities and accelerations of the joints that compose the manipulator. The working tool used by the industrial robot has been designed, printed, and assembled to enable the IRB120 robot to perform the mentioned tasks. The physical movement of opening and closing will be simulated.