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Caso de estudio · Embotellado de agua · TouchBerry Pi 7"

Un panel táctil lleva una embotelladora. PLC y HMI en uno.

Cinta, sensores, cilindro y bomba, en las E/S del panel.

7entradas y salidas para todo el puesto
3sensores: uno capacitivo y dos inductivos
4salidas: cinta, cilindro adelante y atrás, bomba de agua
1TouchBerry Pi 7" como PLC y HMI

Mucha gente ve un Panel PC solo como una pantalla. Este ejemplo muestra que una TouchBerry Pi 7" también puede llevar una máquina pequeña.

Un solo panel lee los sensores, mueve los actuadores y muestra los datos de cada botella.

Es una aplicación de ejemplo publicada por Industrial Shields en 2020, no la instalación de un cliente. Los equipos, la secuencia, el número de E/S y los datos que se recogen son los del ejemplo. Los tiempos y los valores de los paneles son ilustrativos.

El reto

Un proceso pequeño, una lista corta de señales.

Un puesto de embotellado de agua tiene pocos sensores y actuadores. El objetivo del ejemplo era controlarlos solo con la TouchBerry Pi 7", y aprender qué equipos se pueden conectar al panel y cómo.

01

Encontrar la botella

Las botellas llegan por una cinta transportadora. Un sensor capacitivo bajo la bomba detecta cada botella cuando está justo debajo.

02

Mover la bomba

Un cilindro neumático lleva la bomba adelante y atrás. Dos sensores inductivos en el cilindro dicen dónde está.

03

Llenar la cantidad justa

Cuando el cilindro está adelante, la bomba llena la botella con la cantidad correcta de agua.

04

Guardar los datos

El panel también es la HMI: muestra las señales y recoge datos como el tiempo de ciclo, la hora, el lote y los fallos de la máquina.

PLC y HMI en un solo equipo

La TouchBerry Pi 7" tiene sus propias entradas y salidas, configurables por software, y funciona con GNU/Linux. El mismo equipo lleva la secuencia y la pantalla.

Cómo funciona

Tres vistas: la secuencia, los datos, el tamaño de las E/S.

Cada panel muestra una parte del ejemplo. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: los equipos, la secuencia y los datos son los del ejemplo, pero los tiempos, los lotes y los puestos extra son ejemplos.

Vista 1 · La secuencia

Botella, cilindro, bomba, y vuelta atrás.

La cinta trae una botella. El sensor capacitivo la ve bajo la bomba. El panel lleva el cilindro adelante y, cuando el sensor inductivo lo confirma, la bomba llena la botella. Después el cilindro vuelve atrás y llega la siguiente botella. Arranca la línea y luego haz fallar un sensor.

  • 3 entradas digitales: sensor capacitivo y dos sensores inductivos del cilindro
  • 4 salidas digitales: cinta, cilindro adelante, cilindro atrás, bomba
  • Motores de la cinta y de la bomba con relés de estado sólido
I2I3I4O0O1O2O3
Paso0
Botellas llenas0
Último ciclo0
Fallos0
CINTABOTELLA DETECTADACILINDRO ADELANTELLENANDOCILINDRO ATRÁSFALLO

Secuencia de llenado (ejemplo)

    Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. El ejemplo da los equipos y el orden: botella en la cinta, sensor capacitivo, cilindro adelante, sensor inductivo activo, la bomba llena. El resto es una forma habitual de hacerlo: la cinta se para mientras se llena la botella, la bomba funciona un tiempo fijo, el cilindro vuelve atrás antes de que la cinta arranque otra vez, y un paso que espera más de 3 s a su sensor para la línea con un fallo.

    Practica una secuencia por pasos con sensores y tiempos de espera en el simulador de puesto de montaje

    Vista 2 · Los datos

    El mismo panel es la pantalla de la máquina.

    Como la TouchBerry también es una HMI, los datos del proceso se quedan donde está el operario: tiempo de ciclo, hora, lote y fallos de la máquina. Empieza un lote y provoca un fallo.

    • Tiempo de ciclo de cada botella
    • Botellas por lote, con fecha y hora
    • Fallos de la máquina registrados con su hora
    Lote0
    Botellas del lote0
    Ciclo medio0
    Fallos registrados0
    PRODUCIENDOPARADALOTE NUEVO

    Datos en la HMI (ejemplo)

      Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. El ejemplo dice que el panel puede recoger datos de las señales, como el tiempo de ciclo, la hora, el lote y los fallos de la máquina. No publica ninguna pantalla. En este ejemplo el panel cuenta las botellas de cada lote, guarda el tiempo de ciclo medio y registra cada fallo con su hora.

      Mira tiempos de ciclo, paradas y fallos de una máquina en el simulador de monitorización de máquinas

      Vista 3 · El tamaño de las E/S

      Si las E/S del panel no bastan, se añade un módulo.

      El ejemplo cabe en las E/S del panel. Una línea más larga necesita más señales: el ejemplo añade un distribuidor de 16 E/S por RS-485 y, para una planta entera, varias TouchBerry en red. Añade puestos y mira dónde está el límite.

      • E/S integradas para máquinas pequeñas
      • Módulo de 16 E/S por RS-485 para más señales
      • Varios paneles en red para una planta
      DIDO
      Entradas digitales necesarias0
      Salidas digitales necesarias0
      Integradas en el panel0
      Módulo de E/S extra0
      CABE EN EL PANELAÑADIR UN MÓDULO DE E/S POR RS-485

      Recuento de E/S (ejemplo)

        Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo. La llenadora del ejemplo usa 3 entradas digitales y 4 salidas digitales. La TouchBerry Pi 7" actual tiene 3 entradas digitales, 5 salidas digitales y 2 entradas analógicas. Para más señales, el ejemplo añade un módulo de 16 E/S, programable por software, por RS-485. La taponadora y la etiquetadora son ejemplos de lo que podría añadir una línea.

        Arquitectura del sistema

        ¿Cómo lleva un Panel PC un puesto de embotellado como PLC y HMI?

        El sensor capacitivo y los dos sensores inductivos van a las entradas digitales de la TouchBerry Pi 7". Sus salidas digitales mandan los relés de estado sólido de la cinta y de la bomba, y las bobinas de adelante y atrás de la electroválvula del cilindro. La pantalla muestra el proceso y guarda los datos. Para más señales, un módulo de 16 E/S se conecta por RS-485, y Ethernet o WiFi llegan al resto de la planta.

        Sensor capacitivobotella bajo la bomba · I22 sensores inductivoscilindro adelante y atrás · I3, I4Módulo de 16 E/SRS-485, para más señalesTouchBerry Pi 7"PLC y HMI en unoCintarelé de estado sólido · O0Válvula del cilindrobobinas adelante y atrás · O1, O2Bomba de aguarelé de estado sólido · O3Ethernet y WiFiresto de la plantaEquipos y E/S del ejemplo. Los nombres de los bornes son los de la TouchBerry Pi 7" actual; el ejemplo no publica un esquema de cableado.Sensor capacitivobotella bajo la bomba · I22 sensores inductivoscilindro adelante y atrás · I3, I4TouchBerry Pi 7"PLC y HMI en unoCinta · Bomba de aguarelé de estado sólido · O0, O3Válvula del cilindrobobinas adelante y atrás · O1, O2Módulo de 16 E/SRS-485, para más señalesEthernet y WiFiresto de la plantaEquipos y E/S del ejemplo. Los nombres delos bornes son los del panel actual;el ejemplo no tiene esquema de cableado.
        Sensores: entradas digitalesTouchBerry Pi 7"Actuadores: salidas digitalesRS-485, Ethernet y WiFi
        Señales (equipos y E/S del ejemplo; bornes del panel actual como elección habitual)
        SeñalEntreTipoPara qué
        Botella bajo la bombaEntreSensor capacitivo → panelTipoEntrada digital (I2)Para quéDetecta la botella justo bajo la bomba
        Cilindro adelanteEntreSensor inductivo → panelTipoEntrada digital (I3)Para quéLa bomba está en posición para llenar
        Cilindro atrásEntreSensor inductivo → panelTipoEntrada digital (I4)Para quéLa bomba deja paso a la siguiente botella
        CintaEntrePanel → relé de estado sólido → motorTipoSalida digital (O0)Para quéTrae las botellas
        Cilindro adelanteEntrePanel → bobina de la electroválvulaTipoSalida digital (O1)Para quéLleva la bomba hasta la botella
        Cilindro atrásEntrePanel → bobina de la electroválvulaTipoSalida digital (O2)Para quéRetira la bomba
        Bomba de aguaEntrePanel → relé de estado sólido → bombaTipoSalida digital (O3)Para quéLlena la botella con la cantidad correcta
        Más señalesEntrePanel ↔ módulo de 16 E/STipoRS-485Para quéCuando las E/S integradas no bastan

        Por qué funciona

        El controlador del tamaño justo para una máquina pequeña.

        Un equipo, dos trabajos

        El panel lleva la secuencia y es la pantalla del operario: un solo equipo que cablear y programar.

        Las E/S justas

        Un puesto de embotellado de agua tiene pocos sensores y actuadores. Las 7 señales del ejemplo caben en las E/S del panel.

        Los datos junto al operario

        Tiempo de ciclo, hora, lote y fallos de la máquina se quedan en la pantalla de la máquina.

        Margen para crecer

        Las señales extra llegan con un módulo de 16 E/S por RS-485, y una planta puede usar varias TouchBerry en red.

        Software abierto

        GNU/Linux en el panel, Node-RED preinstalado hoy, y los ejemplos de nuestro blog para empezar a programar.

        Conectado

        Ethernet y WiFi dan acceso a los parámetros y a las E/S del sistema desde el resto de la planta.

        Hardware

        Un Panel PC industrial de 7" con sus propias entradas y salidas.

        TouchBerry Pi Panel PC de 7 pulgadas FLEX, panel táctil industrial con Raspberry Pi 4 y E/S integradas

        El del ejemploTouchBerry Pi Panel PC 7" FLEX

        Un panel táctil industrial de 7" con una Raspberry Pi 4 dentro, sus propias E/S, un puerto serie y un SAI. El ejemplo usó la TouchBerry Pi 7" de 2020.

        Función en este ejemplo
        Lleva la secuencia de llenado con sus propias E/S y es la pantalla del operario
        Ordenador
        Raspberry Pi 4, 4 u 8 GB de RAM, Linux preinstalado en tarjeta SD
        Entradas
        3 digitales (I2 a I4, 5-24 Vcc, PNP) y 2 analógicas (I0 e I1, 0-10 V o 4-20 mA, 12 bits)
        Salidas
        5 digitales (O0 a O4, PNP, 12-24 Vcc, 250 mA cada una, 0,4 A en total)
        Comunicación
        Ethernet Gigabit, WiFi, un puerto serie (RS-485, RS-232 o TTL, a elegir en el pedido), I2C, SPI, USB
        Software
        Node-RED preinstalado; se programa como una Raspberry Pi
        Alimentación
        12 a 24 Vcc para el panel, y otra alimentación de 12 a 24 Vcc para las E/S
        Extras
        SAI incluido, pantalla táctil capacitiva

        Las salidas digitales no están protegidas contra cortocircuito y dan 250 mA cada una, 0,4 A en total. Úsalas para bobinas de relé, relés de estado sólido y bobinas de válvula pequeñas; para cargas mayores, añade un relé intermedio. Todos los detalles están en las características técnicas de la TouchBerry Pi y en la ficha técnica de la familia TouchBerry Pi.

        Preguntas sobre este caso

        ¿Puede un Panel PC gobernar una máquina pequeña por sí solo?

        En una máquina pequeña, sí. En este ejemplo la TouchBerry Pi 7" lee tres sensores y mueve cuatro actuadores con sus propias E/S, y además es la pantalla de la máquina. En máquinas con muchas señales o con funciones de seguridad rápidas, un PLC junto al panel sigue siendo la mejor opción.

        ¿Cuántas entradas y salidas tiene la TouchBerry Pi 7"?

        Hoy: 3 entradas digitales (5-24 Vcc), 2 entradas analógicas (0-10 V o 4-20 mA) y 5 salidas digitales (PNP, 250 mA cada una, 0,4 A en total). El ejemplo habla de 10 E/S configurables por software; los detalles están en la página de características técnicas.

        ¿Por qué relés de estado sólido para la cinta y la bomba?

        Porque las salidas del panel son señales pequeñas de 250 mA como máximo. El ejemplo mueve los motores de la cinta y de la bomba con relés de estado sólido, que además conmutan a menudo sin desgaste. Las bobinas de la válvula del cilindro pueden ir directas a las salidas si no pasan de los límites de corriente.

        ¿Cómo sabe el panel que el cilindro está adelante?

        Dos sensores inductivos en el cilindro, uno en cada final de carrera, van a dos entradas digitales. La bomba solo llena cuando el sensor de adelante está activo. Una protección habitual es un tiempo de espera: si el sensor no llega en unos segundos, el panel para la línea y registra un fallo.

        ¿Y si necesito más señales?

        El ejemplo añade un distribuidor de 16 E/S, programable por software, en el puerto RS-485. Pide el panel con el puerto serie en RS-485. Para una planta completa, varias TouchBerry pueden trabajar en red por Ethernet o WiFi.

        ¿Qué datos puede guardar el panel?

        El ejemplo cita el tiempo de ciclo, la hora, el lote y los fallos de la máquina. Node-RED, preinstalado en el panel, puede mostrarlos en pantalla y guardarlos, por ejemplo en un archivo CSV o en una base de datos.

        Descarga el caso de estudio

        PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.

        ¿Una máquina pequeña que automatizar?

        Cuéntanos cómo es tu máquina. Te responde un ingeniero.

        Cuéntanos los sensores y actuadores de tu máquina, la secuencia y los datos que quieres ver. Te diremos si una TouchBerry Pi puede llevarla sola o si necesita un PLC al lado.

        • Te responde nuestro equipo técnico
        • Panel PC como PLC y HMI, o PLC más panel
        • Controladores basados en Raspberry Pi, ESP32 o Arduino