LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, febrero, 2023, Volumen 4, Número 1, p. 1708.
DOI: https://doi.org/10.56712/latam.v4i1.372
Aplicación de una interfaz web al proceso manufacturero
en la industria agrícola de la papa y el tomate
Application of a web interface to the manufacturing process in the
potato and tomato agricultural industry
Cristhian Jeampier Espín Villafuerte
cristhian.espin@espoch.edu.ec
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo
Riobamba Ecuador
Marcos Gabriel Quinatoa Sánchez
marcos.quinatoa@espoch.edu.ec
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo
Riobamba Ecuador
Mildred Korina Jaramillo Vásquez
Mildred.jaramillo@espoch.edu.ec
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo
Riobamba Ecuador
Diego Ramiro Ñacato Estrella
diego.nacato@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-7233-9076
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo
Riobamba Ecuador
Artículo recibido: día de 2023. Aceptado para publicación: 9 de febrero de 2023.
Conflictos de Interés: Ninguno que declarar.
Resumen
En el presente documento se presentan los resultados obtenidos tras realizar la simulación del
proceso de empaquetado de papa y tomate, así como se detallan aspectos generales sobre la
automatización industrial y su integración con diferentes entornos virtuales que permiten el
desarrollo del tema planteado, facilitando la simulación del entorno industrial, programación, e
integración con un servidor web. La interacción con dicho proceso mediante un software
especializado para su simulación permite tener una idea más clara de toda la secuencia de pasos
que van desde la selección del producto a empacar, la cantidad deseada y obtener el producto
final ya empaquetado, así como tener un control mediante una interfaz web que facilita que el
usuario pueda tener acceso al proceso mediante un ordenador que disponga de conexión a
internet. Con respecto a los resultados obtenidos se muestra el diseño del proceso de
empaquetado, tabla de variables y elementos que intervienen en la simulación, así como las
pruebas de control del proceso mediante el uso de una interfaz web creada en Node-Red.
Palabras clave: empaquetado, automatización, proceso, interfaz web
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ISSN en línea: 2789-3855, febrero, 2023, Volumen 4, Número 1, p. 1709.
Abstract
This document presents the results obtained after carrying out the simulation of the potato and
tomato packaging process, as well as general aspects of industrial automation and its integration
with different virtual environments that allow the development of the proposed topic, facilitating
the simulation. of the industrial environment, programming, and integration with a web server.
The interaction with this process through specialized software for its simulation allows to have a
clearer idea of the entire sequence of steps that go from the selection of the product to be packed,
the desired quantity and to obtain the final product already packaged, as well as having control
through a web interface that makes it easy for the user to access the process through a computer
with an Internet connection. Regarding the results obtained, the design of the packaging process,
table of variables and elements involved in the simulation are shown, as well as the process
control tests through the use of a web interface created in Node-Red.
Keywords: packaging, automation, process, web interface
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Como citar: Espín Villafuerte, C. J., Quinatoa Sánchez, M. G., Jaramillo Vásquez, M. K., & Ñacato
Estrella, D. R. (2023). Aplicación de una interfaz web al proceso manufacturero en la industria
agrícola de la papa y el tomate. LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y
Humanidades 4(1), 17081720. https://doi.org/10.56712/latam.v4i1.372
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INTRODUCCIÓN
El empaquetado de papa y tomate de la forma tradicional, es decir sin la implementación de
elementos o dispositivo electrónicos que faciliten y agilicen dicho proceso, en la actualidad
supone un claro retroceso en el ámbito de la automatización industrial, ya que al realizarse dicho
proceso de forma manual trae consigo varias desventajas si se la compara con un proceso que
ha sido automatizado. Es aquí donde radica la importancia de la automatización industrial pues
en los mercados actuales la permanencia de varias industrias depende de las ventajas o
beneficios que puedan tener sobre la competencia.
Los sistemas industriales son una buena opción para cumplir con tareas repetitivas ya que una
vez que haya sido calibrado difícilmente de desvía de su funcionamiento habitual dando como
resultado una producción consistente que trae consigo muchas ventajas como la reducción de
costes ya que optimizan el uso de materiales, calidad global ya que se reducen los errores
durante el proceso mejorando así la calidad del producto final, consistencia en el producto al
eliminar la variabilidad en la cadena de producción obteniendo así elementos de la misma calidad
durante periodos largos de tiempo y por último la productividad ya que la maquinaria utilizada
tiene la capacidad de trabajar por largos periodo de tiempo sin descanso (EDS Robotics, 2020).
En esta investigación se pudo observar que el tópico acerca del empaquetado automatizado ha
sido un tema a investigar en otras universidades no solo del país sino a nivel internacional como
lo expone Gustavo Guevara Pabón en su trabajo denominado “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN
SISTEMA PARA EMPAQUE, PESADO Y SELLADO DE PAPA A LA FRANCESA PRECOCIDA” de la
Universidad de La Salle, Bogotá, donde se resalta aspectos que fueron tomados en cuenta para
este trabajo investigativo como el direccionamiento del diseño que presenta para el empaque de
papas (Pabón, 2007); al igual que el trabajo de Verónica Carolina Almache Barahona en su trabajo
denominado “DISEÑO DE UN HMI EN WEB SERVERS DEL PLC S7-1200/1500 PARA EL CONTROL
DE UN PROCESO MULTIVARIABLE DE UN MÓDULO DIDÁCTICO PARA EL LABORATORIO DE
HIDRÓNICA Y NEUTRÓNICA DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN
LATACUNGA” donde se toma en cuenta por los tópicos y subtópicos presentes en la
investigación como es el caso de la elaboración de la interfaz HMI para la conexión entre el ser
humano y la computadora logrando que se una idea más extensa para desarrollar el trabajo
(Barahona, 2017); William Alexander Armijos Barona y Mayra Alejandra Sarzosa Villarroel en su
investigación titulado “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL PARA PESAJE
Y ENFUNDADO DE PAPA PICADA”, de igual manera se lo toma en cuenta debido a la información
y pensamiento que plasma en la investigación logrando que sea una guía para el desarrollo de
este trabajo (Armijos, 2016). Tanto los tres trabajos presentados en el párrafo anterior han sido
analizados, permitiendo que los mismo ayuden a marcar una guía pertinente para poder
desarrollar esta investigación con los tópicos y subtópicos correspondientes.
En las últimas décadas, ha habido una tendencia gradual hacia la automatización de los procesos
de producción de diversos tipos de productos. Esta tendencia ha sido y seguirá siendo posible a
través del desarrollo y reducción de precios de las tecnologías necesarias para llevar a cabo un
proceso de (Córdoba, 2006).
El proceso de empaquetado automatizado ha estado presente en el Ecuador, sobre todo en las
ciudades más grandes del país ya que a través de la automatización de procesos como el
empaquetado disminuyen los tiempos de producción, pero a diferencia de las grandes potencias
mundiales, el país aún no está capacitado completamente en este ámbito de la automatización.
Con la aparición de la industrial 4.0 y el Internet de las cosas (IoT), muchas empresas han logrado
desarrollarse y crecer en el campo industrial, en gran parte gracias a tecnologías como:
computación en la nube, Machine Learning y otro tipo de tecnologías que permiten tener un mejor
control, gestión y almacenamiento de la información (Tapia, 2017).
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En la actualidad con el desarrollo de la tecnología los entornos de control de procesos
industriales han ido cambiando, es así como hoy en día se disponen de herramientas de control
mucho más intuitivas tanto para el desarrollador como para el consumidor final.
Las aplicaciones de estas tecnologías pueden ser varias, pero en este caso se tiene un enfoque
sobre el control del proceso de empaquetado de papa y tomate, en el cual el desarrollo de una
interfaz web permite la adquisición y el envío de datos a través de la red de una determinada
empresa, también pudiendo ser controlada y monitorizada de manera remota desde cualquier
parte del mundo (Flores et al,2018).
Según la “Confederation of Packaging Machinery Associations“(COPAMA, 2018), instancia
dedicada a regular maquinaria para empaquetado de productos a nivel mundial, quienes
producen este tipo de maquinaria son países como Japón y EEUU, creada para el empaquetado
de sus productos en sus propios mercados; mientras que Alemania e Italia se dedican en
alrededor de un 66% a comercializar internacionalmente estas máquinas.
El ser humano interactúa constantemente con los objetos que lo rodean, creando expectativas
sobre mo debería ser su comportamiento y con el paso del tiempo se ha ido relacionando
estrechamente con el ámbito tecnológico, llegando así a crear mecanismos que permitan un
considerable avance tecnológico en un mundo cada vez más desarrollado. Por lo que Rodríguez
(Rodríguez, 2018) menciona “Cuando los seres humanos y los computadores interactúan lo
hacen a través de un medio o interfaz hombre máquina, que definimos como HMI”.
La HMI es el punto de contacto entre los seres humano y las computadoras, de esta forma logran
transmitir información, órdenes y datos mutuamente. Por otra parte, la interfaz puede llegar a ser
un límite a la comunicación ya que se convierte en una barrera esto como consecuencia de un
pobre diseño o una atención escasa a los detalles de la tarea que se quiere realizar, ya que todo
aquello que no sea posible expresar a través de la interfaz de comunicación permanecerá fuera
de la relación entre los seres humanos y las computadoras (Rodríguez, 2018).
MÉTODO
Para el desarrollo de este tema de investigación es necesario definir ciertos conceptos que
ayudaran a entender mejor lo que se desea hacer, los mismos que se muestran a continuación:
Automatización industrial
En la actualidad la automatización se ha convertido en la columna vertebral dentro del campo
industrial ya que la utilización de estos sistemas es de vital importancia no solo para la
optimización de los recursos sino también para conseguir un producto final que sea de buena
calidad. Al hablar de automatización industrial es inevitable hablar de la aplicación de varias
tecnologías que están orientadas al control y monitoreo ya sea de un proceso o de la maquinaria
y dispositivos que generalmente realizan tareas repetitivas, logrando que funcionen de forma
autónoma y reduciendo al máximo la intervención humana. Es por esto que el objetivo principal
de la Automatización Industrial es producir la mayor cantidad posible de productos en el menor
tiempo posible, reduciendo de esta forma los costos de producción y garantizar que el producto
final sea de buena calidad (Vester training, 2019).
HMI (Human-Machine Interfaz)
La interfaz HMI también conocida como interfaz humano-maquina, es el conjunto de elementos
software (gráficos para visualización, lógica de programación) y de hardware (pantallas de
visualización, interruptores, switches, etc.) utilizados por el ser humano para interactuar con la
maquinaria presente en un determinado proceso y de esta forma monitorear todo el sistema de
control que puede ser del tipo automático, semiautomático y manual. (Rodríguez, 2018).
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Interfaz web
Una interfaz web se le denomina como al diseño de una aplicación web que es utilizada por un
usuario por medio de la comunicación con el internet. La interfaz web permite la operación y el
control efectivo desde el extremo humano, mediante la utilización de dispositivos como las
computadoras, smartphones, laptops; que a su vez utilizan pantallas táctiles teclados y botones
[(ESIC Business & Marketing School, 2021).
Características de la interfaz web
La interfaz web debe cumplir con su propósito donde el usuario debe proporcionar la menor
información posible para lograr el resultado deseado, y el software también debe minimizar la
salida no deseada para el usuario [5]. Para que el uso de un dispositivo digital como sistema de
información y comunicación sea s fácil, fluido y agradable, las interfaces de usuario deben
tener tres características esenciales:
Identificación
Es aquel donde los elementos, ayuda a creer conciencia al usuario para conocer qué tipo de
aplicación o sitio ha accedido de una manera rápida y simple; un ejemplo claro es los logos de
una página, o el nombre de dominio.
Navegación
Su objetivo fundamental es ayudar al usuario a encontrar el contenido o la información que
necesita, existen varios tipos que pueden ser botones, barras de navegación, menús
desplegables, etc.
Contenidos
Su propósito es mostrar de manera clara y precisa la información que el usuario está buscando,
se debe tener una estructura definida. Con esta función, el administrador de la aplicación o del
sitio web también puede analizar el comportamiento del usuario y así comprender qué es lo más
visto y utilizado en la interfaz web.
Node red
El software libre Node-Red es una herramienta de programación visual, sus principios es realizar
la conexión de dispositivos hardware, API y servicios en línea como parte del internet de las
cosas. Permitiendo que el usuario realice una programación donde pueda adir o eliminar
nodos que se comunican entren si, sin tener que escribir una gran cantidad de líneas como
normalmente se la realiza en la programación tipo JavaScript. Node Red cuenta con una lectura
de datos en tiempo real, logrando simplificar tiempo al momento de enviar o recibir información
(Pick data, 2020).
Tabla 1
Característica Node Red
CARACTERÍSTICAS
Licencia
Libre
Lenguaje Visual
Si
Necesita Servidor Host
No
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Dashboard de node-red
Dashboard es una interface de presentación de datos en tiempo real, esta pantalla de
presentación cuenta con un algoritmo de diseño que siempre intentará colocar los elementos lo
más alto posible y hacia la izquierda dentro de la pantalla de presentación, para mejorar el orden
de los elementos, se podrá agrupar los datos y mejorar la visualización de una forma más
didáctica (Ortega, 2021).
Comunicación
La extensión NetToPLCsim permite acceder al simulador S7-PLCSIM desde una red a través de
comunicación TCP / IP (Iso-On-TCP), utilizando la interfaz de red del PC en la que se está
ejecutando la simulación. Es útil para probar una aplicación cliente por ejemplo un SCADA, HMI,
etc. junto con S7-PLCSIM, sin disponer de un PLC real (García, 2021).
RESULTADOS
Simulación de planta para la integración de una interfaz web
Figura 1
Simulación de planta para la integración de una interfaz web
Como se puede observar en la Figura 1 se cuenta con un dispensador de cajas que posee un
sensor, este detecta la presencia del empaque y envía una señal de activación al cilindro
neumático para que desplace la caja hacia la banda transportadora y sea detectada por otro
sensor de inicio que hace que la banda transportadora inicie su recorrido, dependiendo de la
selección del usuario la caja avanza hacia el siguiente que es utilizado para cuando el usuario
haya escogido la opción de papas, una vez que este sensor detecte la presencia del empaque
hace que la banda transportadora se detenga debajo de un surtidor por el cual caerá el producto
seleccionado, en el caso de que el usuario haya seleccionado la opción de tomates el empaque
sigue su camino hasta ser detectado por el sensor de tomates y al igual que en el caso de las
papas se detiene debajo de un surtidor por donde cae el producto seleccionado, una vez que el
producto está dentro del empaque, este continua su recorrido hasta ser detectado por el ultimo
sensor que sirve para detener el movimiento de la banda transportadora.
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Elementos utilizados para la simulación
Tabla 2
Elementos utilizados en la simulación
ELEMENTOS
CANTIDAD
Sensor capacitivo BC10-P30SR-VP4X2/3GD
5
Banda transportadora
1
SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
1
Cilindro Neumatico
1
Configuraciones para simular el proceso de empaquetado mediante la integración de una
interfaz web en Node-Red
Figura 2
Variables de entradas y salidas para el control del proceso de empaquetado
Como se puede evidenciar en la Figura 2 existen diferentes variables que ayudan al control del
proceso de empaquetado, al ser una simulación se trabaja con valores booleanos para la
activación o desactivación de los elementos, pero en el caso de requerir entradas numéricas se
han utilizado bloques de datos los cuales permiten leer y controlar variables numéricas, a su vez
esta tabla permite evidenciar el estado de las variables en tiempo real.
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Configuraciones básicas para el envio de datos desde Tia Portal a Node-Red
Figura 3
Configuración del PLC
Permitir el acceso vía comunicación PUT/GET del interlocutor remoto como se muestra en la
Figura 3 para poder controlar las entradas y salidas del PLC simulado.
Figura 4
Configuración de los bloques de datos
Desactivar el acceso optimizado al bloque como se muestra en la Figura 4 para poder acceder a
la lectura y escritura de las variables de los bloques de datos.
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Configuración de la tabla de variables en Node-Red
Tabla 3
Variables en Node red
M0.0
PARO
M0.1
INICIO
M8.2
BANDA
M1.2
SENSOR_CAJAS
M9.2
SENSOR_INICIO
M0.6
SENSOR_TOMATE
M0.7
SENSOR_PAPA
M1.1
SENSOR_FINAL
M8.1
A_MAS
DB4,I2
CONTADOR_CAJAS
DB4,I0
NUMERO_CAJAS
DB3,I0
MENU_DESPLEGABLE
M0.4
OP_T_P
M0.5
OP_T_M
M0.2
OP_P_P
M0.3
OP_P_M
Para el caso de Node-Red la nomenclatura de las direcciones de las variables es diferente en
algunos sentidos como se puede evidenciar en la Tabla 3, en el caso de la dirección de las
memorias no existe cambios, pero en el caso de las variables numéricas existe un ligero cambio
que viene dado por las especificaciones de Node-Red.
Configuración de NetToPLCsim
La Figura 5 representa la configuración para poder realizar la comunicación entre Tia Portal y
NetToPLCsim, las opciones que se deben llenar son la dirección IP de la red y la IP que se genera
en PLCsim al momento de iniciar la simulación en Tia Portal.
Figura 5
Configuración de NetToPLCsim
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Configuración de la dirección IP en Node-Red
Para utilizar los bloques de entrada y salida de señales correspondientes a los PLC serie S7-
1200/1500 se debe configurar en cada uno de ellos la dirección IP de salida de NetToPLCsim
que es la encargada de comunicar la interfaz web con la simulación.
Figura 6
Configuración de la dirección IP en Node-Red
Programación por bloques en Node-Red
Figura 7
Programación por bloques en Node-Red
La Figura 7 hace referencia a la programación por bloques realizada en Node-Red, que es un tipo
de programación visual para la cual no se necesitan tener conocimientos avanzados de
programación, básicamente lo que hace es ejercer un control utilizando los bloques de
programación que proporciona dicha plataforma definiendo cada uno con las variables utilizadas
en Tia Portal.
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Configuración del Dashboard de Node-Red
Para configurar el Dashboard de Node-Red es necesario utilizar elementos como botones, leds,
bloques de entrada, etc. Además, se debe crear un tablero que será la base para insertar grupos
de visualización como se observa en la Figura 8 en donde se crearon un tablero central que
contiene los grupos:
Menú de pedidos
Actuadores
Menú de información
Histórico de producción
Sensores
Surtidores
Cada uno de estos grupos contiene los elementos de control y visualización que permiten el
funcionamiento de la simulación del proceso de empaquetado.
Figura 8
Configuración del Dashboard de Node-Red
Interfaz web creada en Node-Red
El tablero de control realizado en Node-Red que se visualiza en la Figura contiene 6 apartados
que se describen a continuación.
Menú de pedidos
Permite realizar la selección del pedido de los productos que se desean empaquetar.
Surtidores
Permite visualizar el estado de cada surtidor y de esta forma comprobar que producto está
siendo empaquetado.
Actuadores
Permite verificar el estado en el que se encuentra el cilindro neumático y la banda transportadora.
Sensores
Permiten reconocer la posición del empaque a lo largo de la banda transportadora, así como
también para detectar la presencia del empaque antes de iniciar con el proceso.
Menú de información
Facilita la visualización de la cantidad de cajas solicitadas, así como la cantidad de cajas con el
producto seleccionado empaquetado
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Histórico de producción
Registra la cantidad de cajas empaquetadas.
Figura 9
Interfaz web creada en Node-Red
COMENTARIOS
En base a los resultados obtenidos se pudo evidenciar un correcto funcionamiento tanto en el
proceso simulado como en la interfaz web de control lo cual es importante ya que mediante el
uso de software se pueden sustituir elementos físicos sin la necesidad de generar gastos.
Las nuevas tecnologías siempre están de la mano del desarrollo industrial y en este caso se
podría hablar del desarrollo de un servidor local capaz de controlar y visualizar el
desenvolvimiento de un proceso automatizado.
CONCLUSIONES
Con la implementación de la interfaz web por medio del software Node red se logró obtener un
control y verificación del correcto funcionamiento de la simulación propuesta denotando que se
cumplió con el objetivo de la simulación.
Se utilizaron diferentes formas de comunicación entre las que se destaca la utilización de un
servidor OPC para comunicar las señales emitidas desde Tia Portal hacia Siemens Nx y también
un emulador virtual de PLC que permitió conectar Node-red.
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