Caso de estudio · Planta de hormigón · M-Duino con relés
Pesa cada material. Mezcla según la receta.
Nivel de tolvas, báscula, relés para cintas y amasadora, recetas en un Panel PC.
El operario elige el hormigón. El PLC lo dosifica.
Una báscula y un contador de agua deciden cuándo se detiene cada material.
Este caso describe un modelo de planta de hormigón que Industrial Shields desarrolló a partir de las solicitudes de sus clientes. No cita a ningún cliente ni ninguna ubicación. El modelo sirve para plantas de hormigón seco y húmedo. Esta página sigue una amasada: el nivel de las tolvas, el pesaje, la mezcla y los datos que van al servidor.
El reto
El objetivo: la dosis correcta en cada amasada, sin intervención manual.
Una planta de hormigón fabrica hormigón a partir de árido, cemento y agua. La planta almacena cada material, lo dosifica en las proporciones correctas y lo mezcla. El objetivo de este modelo: una máquina que produzca de forma constante, con precisión, y que cumpla las normas de seguridad. Todos los componentes trabajan juntos, controlados por un PLC y un Panel PC.
Cualquier tipo de hormigón
Hay plantas de hormigón seco y de hormigón húmedo. El modelo tiene que ser fácil de replicar y de ajustar a cada tipo de hormigón.
Menos tiempo de ciclo
Sacar el máximo provecho de la planta y ahorrar tiempo de ciclo en cada amasada.
Sin intervención manual
El objetivo es no tener que actuar a mano en el proceso. El operario elige el hormigón, y el PLC se encarga de la dosificación y de la mezcla.
Datos para una previsión
Monitorizar la planta y enviar toda la información a la nube, para prever las materias primas que necesita la planta.
Producción, facturación y averías
Los datos de producción van a un servidor por LoRa. Con ellos, la planta puede hacer una previsión de la producción, de la facturación y también de las averías de la máquina.
Cómo funciona
Tres lazos: almacenar, dosificar, mezclar.
Cada lazo muestra una parte de la amasada. Mueve los controles y pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: alturas de los sensores, recetas, pesos, volúmenes y tiempos son ejemplos, no datos de una planta.
Tres sensores le dicen al PLC cuánto material hay en una tolva.
Las materias primas esperan en las tolvas. El caso da un ejemplo: tres sensores capacitivos a tres alturas en cada tolva, cada uno en una entrada digital del PLC. El sensor 1 en "1" indica que el nivel es mínimo. Los sensores 1 y 2 en "1" indican nivel medio. Los tres en "1" indican que está llena. Mueve el control para llenar o vaciar la tolva.
- Tres sensores capacitivos por tolva (ejemplo del caso)
- Una entrada digital por sensor
- Tres estados: mínimo, medio, lleno
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. Las alturas de los sensores, al 20, 50 y 85 % de la tolva, son ejemplos. Una forma habitual de hacerlo: marcar un patrón como 1 0 1 como fallo de sensor, porque un sensor más alto no puede ver material que uno más bajo no ve.
La báscula detiene la alimentación en el peso de la receta.
Unas cintas transportadoras elevan y llevan cada material hasta el sistema de pesaje. El PLC las mueve con salidas de relé. Una báscula programable envía el peso a una entrada analógica. Cuando el peso llega al valor de la receta, el sistema deja de verter material. Después se abre la compuerta y el material cae a la amasadora. Un contador de agua mide el agua por volumen. Elige una receta y pulsa Iniciar amasada.
- Las salidas de relé mueven las cintas transportadoras
- Entrada analógica desde la báscula programable
- Agua por volumen, con un contador de agua
Pasos de la amasada (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. Recetas de ejemplo: árido de 1.800 a 1.900 kg, cemento de 250 a 350 kg, agua de 150 a 170 L. Báscula de ejemplo: de 0 a 10 V equivale a de 0 a 2.500 kg. Una forma habitual de hacerlo: parar la cinta un poco antes del objetivo, porque sigue cayendo material después de abrir el relé (material en vuelo).
Un temporizador gobierna la amasadora. El registro sale por LoRa.
Para el PLC, el motor de la amasadora es una salida de relé más, controlada por un temporizador. El tiempo de mezcla depende del tipo de hormigón. Cuando la mezcla es homogénea, el hormigón cae al camión. En el Panel PC TouchBerry Pi, el operario elige el tipo de hormigón, la cantidad y el tiempo de mezcla. El Panel PC guarda el historial de producción, los tiempos de mezcla y las cantidades de cada material, y los envía al PLC. Los datos van al servidor por LoRa.
- Motor de la amasadora en una salida de relé con temporizador
- Tiempo de mezcla según el tipo de hormigón
- Historial en el Panel PC, registros al servidor por LoRa
Registros de amasada (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos de una planta. El temporizador va 10 veces más rápido que el tiempo real. Registro de ejemplo de 12 bytes: número de amasada, receta, tiempo de mezcla y peso de cada material.
Pack de proyecto: mezclar según receta y registrar cada amasada
Arquitectura del sistema
¿Cómo gobierna un PLC una planta dosificadora de hormigón?
Un M-Duino con relés lee los sensores capacitivos de nivel de las tolvas en entradas digitales, y la báscula y el contador de agua en entradas analógicas. Sus salidas de relé mueven las cintas transportadoras y el motor de la amasadora. Un Panel PC TouchBerry Pi se comunica con el PLC por Ethernet. Los datos de producción van a un servidor en la nube por LoRa.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Nivel de tolva | EntreSensores capacitivos → M-Duino | TipoEntrada digital | FunciónTres sensores por tolva en el ejemplo: mínimo, medio, lleno |
| Peso | EntreBáscula programable → M-Duino | TipoEntrada analógica | FunciónLa alimentación se detiene cuando el peso llega al valor de la receta. Rango no publicado |
| Volumen de agua | EntreContador de agua → M-Duino | TipoEntrada analógica | FunciónMide el agua por volumen, en lugar de pesarla |
| Cintas transportadoras | EntreM-Duino → cintas | TipoSalida de relé | FunciónElevan y llevan las materias primas hasta el sistema de pesaje |
| Compuerta de pesaje | EntreSistema de pesaje → amasadora | TipoSalida | FunciónSe abre después de pesar cada material. El caso no dice cómo se acciona |
| Motor de la amasadora | EntreM-Duino → amasadora | TipoSalida de relé | FunciónFunciona durante el tiempo de mezcla del tipo de hormigón, con un temporizador |
| Receta e historial | EntreTouchBerry Pi ↔ M-Duino | TipoEthernet | FunciónTipo de hormigón, cantidad y tiempo de mezcla. Historial, tiempos y cantidades |
| Datos de producción | EntreM-Duino → servidor | TipoLoRa | FunciónDatos para prever materias primas, producción, facturación y averías de la máquina |
Por qué funciona
Un modelo para muchas plantas.
Replicar y ajustar
El caso presenta la planta como un modelo: fácil de replicar y de ajustar al hormigón seco y al húmedo. En la misma zona, puedes duplicar el sistema para fabricar distintos tipos de hormigón a la vez.
El peso cierra la dosis
Cada material se detiene con la lectura de la báscula, en el valor de la receta. El agua se detiene con el volumen del contador.
Relés para las cargas
Las salidas de relé del M-Duino conmutan las cintas y la amasadora. Cada relé conmuta hasta 4 A a 230 Vac con carga resistiva. Para motores, el relé gobierna la bobina de un contactor; añade un supresor RC.
Recetas en una pantalla
El Panel PC TouchBerry Pi guarda el tipo de hormigón, la cantidad y el tiempo de mezcla, y conserva el historial de producción.
Datos para la previsión
Los datos de producción van a un servidor por LoRa. La planta puede prever materias primas, producción, facturación y averías de la máquina.
Código que puedes cambiar
El M-Duino se programa con el Arduino IDE. La lógica de nivel, las recetas y los temporizadores son código que puedes leer y cambiar.
Hardware utilizado
M-Duino con relés para dosificar. Panel PC para elegir.
M-Duino Ethernet PLC Arduino 57R
Un PLC industrial con un Arduino Mega 2560 original, 18 entradas y 31 salidas, 23 de ellas de relé, Ethernet, RS-485 y RS-232, para carril DIN. En esta planta lee el nivel de las tolvas, la báscula y el contador de agua, y conmuta las cintas y la amasadora.
- Función
- Nivel de tolvas, pesaje, agua, cintas, temporizador de la amasadora
- Entradas
- 18: 12 analógicas o digitales (0-10 V), 6 digitales optoaisladas
- Salidas
- 31: 23 relés (230 Vac 4 A, carga resistiva), 8 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Comunicaciones
- Ethernet (RJ45), RS-485, RS-232, TTL, I2C, SPI. LoRa: con la versión LoRa del M-Duino (ver la ficha de la familia LoRa)
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN TS35, IP20
El caso habla de "uno de nuestros PLC M-Duino con relés" y no fija el modelo. La página antigua muestra un M-Duino 19R. Con el ejemplo de esta página (tres tolvas con tres sensores cada una, la báscula y el contador de agua), el PLC necesita 11 entradas, y el 19R+ tiene 6. Esta página muestra el 57R+: 18 entradas y 23 relés. Elige según el número de tolvas y de cargas. Para el enlace de radio, consulta la ficha técnica de la familia M-Duino LoRa.
Panel PC TouchBerry Pi 10,1" FLEX
El puesto del operario de la planta. Un Panel PC industrial con una Raspberry Pi 4. El operario elige el tipo de hormigón, la cantidad y el tiempo de mezcla. Guarda el historial de producción y envía los datos al PLC.
- Función
- Selección de receta, historial de producción
- Pantalla
- 10,1"
- Ordenador
- Raspberry Pi 4
- Enlace con el PLC
- Ethernet
El caso cita el TouchBerry Pi, y la página antigua enlaza el modelo de 10,1". La imagen y el enlace muestran el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX. La familia también tiene modelos de 7" y de 18,5".
Preguntas sobre este caso
¿Cómo controla un PLC una planta dosificadora de hormigón?
El PLC lee el nivel de cada tolva, mueve las cintas transportadoras que llevan los materiales al sistema de pesaje y detiene cada alimentación cuando la báscula llega al valor de la receta. Después la compuerta deja caer el material a la amasadora, el agua se mide por volumen y un temporizador gobierna la amasadora. En este caso lo hace un M-Duino con relés, y un Panel PC TouchBerry Pi guarda las recetas.
¿Cómo dan tres sensores capacitivos el nivel de una tolva?
Cada sensor es una entrada digital que conmuta cuando tiene material delante. Con tres sensores a tres alturas: el sensor 1 en "1" indica mínimo, los sensores 1 y 2 indican medio, y los tres indican lleno. Para un nivel continuo, usa un transmisor de nivel de 4-20 mA en una entrada analógica; el M-Duino lee 0-10 V, así que añade una resistencia de precisión de 500 Ω.
¿Cómo lee el PLC la báscula?
En este caso una báscula programable envía el peso a una entrada analógica, y el PLC detiene la alimentación en el valor de la receta. Una opción habitual es un indicador de pesaje con salida de 0-10 V o de 4-20 mA. También puedes leer las células de carga con un transmisor: consulta cómo conectar una célula de carga con un HX711 a un PLC basado en Arduino. Para el agua, también sirve un contador con salida de pulsos o Modbus: consulta el ejemplo de contador de un caudalímetro Modbus.
¿Cómo llegan los datos de cada amasada al servidor por LoRa?
El caso envía la información por LoRa a un servidor, para prever la producción, la facturación y las averías de la máquina. LoRa envía paquetes pequeños con poca velocidad de datos, así que una forma habitual de hacerlo es un registro compacto por amasada: número, receta, tiempos y pesos. Consulta cómo trabajar con LoRaWAN y un controlador PLC.
¿Y la seguridad en las cintas y en la amasadora?
El objetivo del caso incluye cumplir las normas de seguridad. El caso no publica el circuito de seguridad. En cintas y amasadoras, el paro de emergencia y los enclavamientos de las protecciones tienen que funcionar también sin el programa del PLC y sin la pantalla. Diséñalos como un circuito de seguridad cableado que siga tu evaluación de riesgos, la IEC 60204-1 y la ISO 13850.
¿Qué partes de este caso son hechos y cuáles son ejemplos?
Hechos: árido, cemento y agua dosificados y mezclados; plantas de hormigón seco y húmedo; tres sensores capacitivos por tolva como ejemplo de detección de nivel; cintas transportadoras en salidas de relé de un M-Duino; una báscula programable en una entrada analógica; una compuerta hacia la amasadora; el motor de la amasadora en un relé con temporizador; un contador de agua; un Panel PC TouchBerry Pi en Ethernet; datos a un servidor por LoRa. Ejemplos: alturas de los sensores, recetas, pesos, volúmenes, tiempos, el rango de la báscula, la parada anticipada por material en vuelo, la comprobación de fallos y el tamaño del registro.
Descarga el caso de estudio
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