Caso de éxito: automatización de una línea de embotellado con TIA Portal en el sector alimentación

El punto de partida: una línea rápida pero opaca

El cliente es una envasadora del sector alimentación que llena y etiqueta producto líquido en formato de botella. La línea tenía capacidad de sobra sobre el papel, pero en la práctica no llegaba a los objetivos de producción por un motivo recurrente: micro-paradas constantes que nadie sabía explicar. Cada máquina —enjuagadora, llenadora, taponadora, etiquetadora, encajadora y paletizado— tenía su propio control, su propia lógica y su propia botonera, y ninguna hablaba con las demás.

El resultado era el habitual en instalaciones que han crecido por acumulación: cuando la etiquetadora se atascaba, la llenadora seguía llenando hasta saturar el transporte; cuando faltaba tapón, la línea entera se paraba sin que quedara registro del motivo; y el turno solo sabía que "la línea iba mal" al mirar el contador de cajas al final de la jornada. No había un dato fiable de por qué se perdía tiempo, así que tampoco había forma de atacarlo.

El encargo fue claro: unificar el control de toda la línea bajo una sola plataforma, hacer visible la causa real de cada parada y poder demostrar la mejora con números. Elegimos hacerlo sobre Siemens TIA Portal, por las razones que desarrollamos abajo.

Por qué TIA Portal y un S7-1500 como cerebro de la línea

Cuando el objetivo es integrar varias máquinas heterogéneas en una línea coordinada, la plataforma de control importa tanto como la lógica que se programa encima. Optamos por un S7-1500 como controlador de línea porque nos daba margen de cálculo para la sincronización, la trazabilidad y el OEE sin quedarnos cortos a medio plazo. La comparativa que ya publicamos entre el S7-1200 y el S7-1500 resume bien el criterio: para una máquina aislada un S7-1200 sobra, pero para el controlador maestro de una línea con decenas de ejes, comunicaciones y KPIs en tiempo real, el S7-1500 es la elección sensata.

TIA Portal aportó, además, el marco integrado que el proyecto necesitaba:

• Un único entorno para PLC, HMI/SCADA y seguridad. La lógica del S7-1500, la visualización en WinCC Unified y la parte de seguridad conviven en el mismo proyecto, con las mismas variables, sin exportar ni sincronizar tags entre herramientas distintas.
• Ecosistema Siemens ampliamente soportado en el sector, lo que facilita el mantenimiento a largo plazo y la disponibilidad de repuestos y de personal cualificado.
• Escalabilidad de comunicaciones sobre Profinet, que es la columna vertebral de la línea (ver más abajo).
• Integración con el diseño eléctrico. El armario nuevo se documentó en Eplan y volcamos la estructura de señales a TIA Portal siguiendo el flujo que describimos en integrar Eplan con TIA Portal mediante AML, ahorrando errores de tipografía y reduciendo el tiempo de puesta en marcha.

Este enfoque de "un cerebro de línea sobre Siemens" es el mismo con el que resolvimos otros proyectos, como el caso del cuadro de control Siemens en Valencia o el motion control sobre una línea de corte al vuelo. Cambia el proceso, pero la arquitectura de control coordinado se repite.

Arquitectura de la línea: Profinet como columna vertebral

El primer paso fue sustituir la mezcla de buses y cableados punto a punto por una red de campo única y determinista. Todo el nivel de línea se articuló sobre Profinet, que conecta el S7-1500 con las periferias descentralizadas ET 200SP de cada máquina, los variadores de los transportes, los paneles de operador y los equipos de seguridad. En los casos en los que una máquina antigua solo hablaba Profibus, mantuvimos una pasarela en lugar de sustituir el equipo; el criterio de cuándo migrar y cuándo convivir es el que detallamos en Profinet vs Profibus.

La periferia se llevó a bornes ET 200SP repartidos por la línea, en lugar de tirar cientos de cables hasta un armario central. Eso simplificó el cableado, redujo el tamaño del cuadro y, sobre todo, dejó una arquitectura modular: añadir una máquina o una estación es sumar un nodo a la red, no rehacer el armario. Sobre esta capa física montamos tres bloques de lógica que son, en realidad, el corazón del proyecto: sincronización, seguridad y trazabilidad.

Sincronización de máquinas: el fin de las micro-paradas

El problema de fondo no era la velocidad de ninguna máquina, sino su falta de coordinación. La solución fue implementar en el S7-1500 la lógica de línea que las máquinas por separado no podían tener porque no ven el conjunto:

• Gestión de acumulación por zonas. El controlador conoce el llenado de cada tramo de transporte y regula la velocidad de cada máquina para mantener un colchón estable, en lugar de arrancar y parar en seco.
• Arranque y parada en cascada. Cuando una máquina aguas abajo se detiene, las de aguas arriba reducen y se detienen ordenadamente antes de saturar el transporte, evitando atascos y producto derramado.
• Enclavamientos de proceso reales. No se llena sin tapón disponible, no se etiqueta sin botella detectada, no se encaja sin conteo correcto. La lógica vive en un único sitio y es coherente en toda la línea.
• Consignas de velocidad centralizadas según formato de producto, en lugar de ajustar cada máquina a mano en cada cambio de referencia.

El efecto combinado fue drástico: las micro-paradas que antes se encadenaban sin registro pasaron a ser eventos aislados, identificados y en su mayoría evitados. La línea dejó de "pelearse consigo misma".

Seguridad integrada con PROFIsafe

Una línea de envasado tiene resguardos, setas de emergencia, barreras y zonas de acceso que deben cumplir la normativa de seguridad de máquinas. En lugar de un sistema de seguridad cableado y separado, integramos la función de seguridad en el propio control mediante una F-CPU y PROFIsafe sobre la misma red Profinet. Esto permite paradas seguras por zonas —detener solo la estación afectada y no toda la línea—, rearmes controlados y un diagnóstico de seguridad visible desde el mismo SCADA. El detalle de cómo funciona esta tecnología (F-CPU, PROFIsafe, niveles SIL y PL) lo explicamos en la guía de PLC de seguridad Siemens S7-1500 Safety.

La ventaja práctica para el cliente es doble: cumple normativa con un cableado mucho más simple y, al estar la seguridad integrada, cada disparo de seta o apertura de resguardo queda registrado como un evento más, con su hora y su zona, alimentando el análisis de paradas.

Trazabilidad de lote: un requisito del sector alimentación

En alimentación la trazabilidad no es un extra, es una obligación. La línea debía poder responder, para cualquier producto que sale por el final, a qué lote pertenece, con qué parámetros se llenó y en qué franja horaria se produjo. Sobre el S7-1500 implementamos:

• Gestión de lote y de formato asociada a cada orden de producción, con arrastre del identificador a lo largo de toda la línea.
• Registro de parámetros de proceso relevantes (volúmenes de llenado, rechazos, conteos por estación) sellados con hora y lote.
• Gestión de rechazos con causa, de modo que una botella expulsada queda contabilizada con el motivo (falta de tapón, nivel incorrecto, etiqueta defectuosa) y no como una simple merma anónima.
• Preparación para el enlace con sistemas superiores (MES/ERP) vía OPC UA, para cuando el cliente dé el salto a la integración con planta.

El resultado es que ante una incidencia de calidad se puede acotar el producto afectado a un lote y una franja concretos, en lugar de bloquear producción de días enteros por precaución.

Visualización con WinCC Unified y cálculo de OEE en tiempo real

Toda esta información necesita una cara visible para el operario y para producción. La construimos con WinCC Unified, la plataforma de visualización web de TIA Portal, servida a paneles Unified Comfort en línea y a navegador para los responsables. Si tienes dudas sobre qué es un panel de operador y cómo elegirlo, lo tratamos en qué es un HMI y cómo elegir el panel adecuado.

La pieza que más valor aportó fue el cálculo de OEE en tiempo real directamente desde el control. Al vivir la lógica de línea en el PLC, teníamos ya en variables lo necesario para descomponer las pérdidas en sus tres factores clásicos:

Por primera vez, el turno veía en pantalla no solo cuántas cajas llevaba, sino a qué se debía cada punto de OEE perdido, ordenado por causa. Ese cambio —de "la línea va mal" a "hoy hemos perdido 40 minutos por atascos en la etiquetadora"— es el que permite priorizar el mantenimiento y las mejoras. Es el mismo enfoque de dato accionable que aplicamos en el caso de éxito del dashboard de OEE en Grafana, aquí resuelto de forma nativa dentro del ecosistema Siemens.

La puesta en marcha y la migración por fases

Una línea de producción de alimentación no se puede parar una semana. Trabajamos por fases, aprovechando las paradas planificadas y los fines de semana, con la arquitectura nueva conviviendo con la existente hasta el corte final. Este enfoque de migración progresiva —probar cada bloque, mantener un camino de vuelta y no cortar hasta validar— es el mismo que seguimos al modernizar controladores antiguos, como contamos en la migración de un S7-300 a un S7-1500. La formación del personal de línea y de mantenimiento se hizo sobre el sistema real durante la propia puesta en marcha, no como un curso aparte.

Resultados

• +18% de disponibilidad de línea en el primer trimestre, al eliminar la mayor parte de las micro-paradas por descoordinación.
• OEE medible y desglosado por causa, visible en tiempo real para el turno y para producción, como base para la mejora continua.
• Trazabilidad de lote completa, con capacidad de acotar cualquier incidencia de calidad a lote y franja horaria.
• Seguridad integrada y por zonas, que cumple normativa y reduce las paradas totales de línea frente al sistema cableado anterior.
• Arquitectura modular y documentada, preparada para crecer y para enlazar con MES/ERP cuando el cliente lo decida.

Cómo abordamos estos proyectos en Bluemation

En Bluemation diseñamos, programamos e integramos líneas completas sobre TIA Portal y otras plataformas, con un criterio constante: que el cliente entienda y sea dueño de su instalación. En un proyecto como este nos ocupamos del ciclo completo:

• Análisis de la línea existente y de las causas reales de pérdida antes de tocar nada.
• Diseño de la arquitectura de control y comunicaciones, incluida la red Profinet y la parte de seguridad.
• Programación estructurada y documentada del S7-1500, con librerías reutilizables por tipo de máquina.
• Desarrollo de la visualización WinCC Unified y del cálculo de OEE, pensados para quien está en línea cada turno.
• Puesta en marcha por fases, ajuste fino y formación del personal.
• Soporte y evolución del sistema a lo largo de su vida útil.

Si tienes una línea que produce por debajo de su capacidad y no sabes exactamente por qué, o quieres unificar máquinas heterogéneas bajo un control coordinado, consulta nuestro servicio de programación de PLC, revisa cómo trabajamos la supervisión y el SCADA, o ponte en contacto con nosotros. Analizamos tu instalación sin compromiso y te proponemos una hoja de ruta ajustada a los equipos que ya tienes.