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.
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.
Encontrar la botella
Las botellas llegan por una cinta transportadora. Un sensor capacitivo bajo la bomba detecta cada botella cuando está justo debajo.
Mover la bomba
Un cilindro neumático lleva la bomba adelante y atrás. Dos sensores inductivos en el cilindro dicen dónde está.
Llenar la cantidad justa
Cuando el cilindro está adelante, la bomba llena la botella con la cantidad correcta de agua.
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.
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
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
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
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
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
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.
| Señal | Entre | Tipo | Para qué |
|---|---|---|---|
| Botella bajo la bomba | EntreSensor capacitivo → panel | TipoEntrada digital (I2) | Para quéDetecta la botella justo bajo la bomba |
| Cilindro adelante | EntreSensor inductivo → panel | TipoEntrada digital (I3) | Para quéLa bomba está en posición para llenar |
| Cilindro atrás | EntreSensor inductivo → panel | TipoEntrada digital (I4) | Para quéLa bomba deja paso a la siguiente botella |
| Cinta | EntrePanel → relé de estado sólido → motor | TipoSalida digital (O0) | Para quéTrae las botellas |
| Cilindro adelante | EntrePanel → bobina de la electroválvula | TipoSalida digital (O1) | Para quéLleva la bomba hasta la botella |
| Cilindro atrás | EntrePanel → bobina de la electroválvula | TipoSalida digital (O2) | Para quéRetira la bomba |
| Bomba de agua | EntrePanel → relé de estado sólido → bomba | TipoSalida digital (O3) | Para quéLlena la botella con la cantidad correcta |
| Más señales | EntrePanel ↔ módulo de 16 E/S | TipoRS-485 | Para 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.
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