SEMAIQ · Automatización y PLC · Querétaro
Gestión de recetas y trazabilidad de lote en el PLC
1. Qué es una receta en el PLC y cuándo vale la pena implementarla
Una receta es el conjunto de valores que definen cómo se fabrica un producto: cuánto de cada componente, a qué temperatura, con qué tiempo de mezcla y con qué tolerancias. En el PLC es una estructura de datos que el programa lee al arrancar cada lote y que el operador solamente selecciona.
El estándar ISA-88, serie IEC 61512, distingue la receta maestra —fórmula sin atarse a un equipo— de la receta de control, que se carga en un tren específico con las cantidades escaladas.
- Un valor mal capturado provoca producto fuera de especificación.
- El cliente o la norma piden demostrar con qué parámetros se fabricó cada lote.
Con un solo producto es sobre-diseño; con el segundo, mover los valores a un DB cuesta unas horas de programación de PLC y se paga con el primer cambio.
2. Estructura de datos: DB de receta, tipos de dato y respaldo en HMI
La estructura más limpia es un DB global con un array del tipo de dato de usuario receta y una fila por producto: el operador selecciona el producto y todos los bloques leen esa fila.
Los tipos de dato definen qué se valida: cantidades y setpoints en REAL, tiempos en TIME y banderas en BOOL. El DB se deja con acceso optimizado y nombres simbólicos, para no desplazar direcciones al agregar un campo.
Para respaldo, Siemens ofrece RecipeExport y RecipeImport: exportan e importan el DB de receta como CSV en la carpeta Recipes de la memoria de carga, con un límite de 5,000 bytes por registro. En el panel, el editor de recetas de WinCC transfiere los juegos de datos completos en una sola pasada entre HMI y PLC.
Si la receta convive con secuencias, conviene repasar la estructura OB, FB y FC en TIA Portal.
3. Validación y control de cambios: quién edita y con qué registro
Sin control de cambios, cualquiera puede alterar una receta sin dejar rastro, así que el modelo mínimo separa tres niveles:
- Operador: selecciona la receta y confirma el arranque; no edita valores ni tolerancias.
- Supervisor: corrige un valor dentro de una banda autorizada, con usuario y contraseña propios.
- Ingeniería: crea productos, agrega campos y mueve tolerancias, con versión y registro del cambio.
Cada edición se registra con quién, cuándo, valor anterior y valor nuevo: en el PLC, un bloque compara la receta en edición contra la activa y escribe el evento en un búfer; en el HMI, los usuarios por grupos. En farmacéutica es el requisito: 21 CFR Part 11.
4. Trazabilidad de lote: qué datos guardar y dónde
Trazabilidad significa que frente al número de lote impreso en la caja, el sistema reconstruya con qué receta, con qué materiales y con qué valores reales se fabricó.
| Dato del registro de lote | Dónde conviene guardarlo | Formato | Para qué sirve |
|---|---|---|---|
| Producto, receta y versión usada | DB de registro de lote en el PLC | Índice INT + texto | Demostrar con qué fórmula se fabricó |
| Valor objetivo y real por componente | DB de registro de lote en el PLC | REAL por componente | Comparar contra tolerancia y liberar o retener |
| Lote de cada materia prima | Captura por código de barras en el HMI | STRING | Genealogía hacia atrás |
| Fecha y hora de cada etapa crítica | Reloj del PLC | DTL | Reconstruir la secuencia y ubicar una desviación |
| Usuario que ejecutó, ajustó o verificó | Administración de usuarios del HMI | STRING | Separar ejecución de verificación |
Es casi la lista que exige 21 CFR 211.188 para los registros de producción y control de lote: fechas, equipo y línea, identificación de cada componente y pesos y medidas.
En el PLC el registro es un búfer circular en un DB y debe sobrevivir a un corte de energía: cada registro cerrado se escribe a la memoria de carga con WRIT_DBL, y de ahí sube al MES.
5. Parámetros, tolerancias y verificación antes de arrancar
Cada parámetro de la receta lleva su tolerancia, expresada de una sola forma:
- Absoluta: más menos 0.5 kg o más menos 2 grados centígrados.
- Relativa: más menos 1 por ciento del objetivo, cuando el tamaño de lote cambia.
- De estabilidad: la variable debe permanecer en banda un tiempo definido, por ejemplo 30 segundos, porque un pico momentáneo libera el paso y el registro miente.
Antes de arrancar se verifica la cadena de medición: básculas en cero sin residuo de la corrida anterior, celdas sin cableado flojo, sondas sin offset y dosificadores con su factor de calibración vigente. El PLC carga la receta, compara cada valor contra los límites y solo con la confirmación del operador habilita el automático.
6. Cambio de producto con el mínimo de paro
El tiempo de cambio lo determina la parte mecánica: limpieza, formato, destare; el PLC solo puede dejar de sumar minutos al paro:
- Cierre del lote anterior: el operador cierra el registro y el PLC archiva el búfer; hacerlo después de limpiar es la primera causa de datos perdidos.
- Precarga de la receta nueva: mientras la máquina se limpia, el operador selecciona el producto siguiente y el PLC valida la receta sin energizar actuadores.
- Captura de materiales: los códigos de los insumos se escanean contra la lista de componentes y el sistema rechaza el que no corresponde.
- Primera pieza: guardas y enclavamientos revisados, cebado con la receta nueva y muestra contra especificación.
El ahorro no está en que el cambio sea más corto en segundos, sino en que la verificación deja de hacerse de memoria.
7. Integración con MES y ERP, básculas y dosificadores
La receta vive cómoda dentro de la máquina hasta que producción necesita saber qué se fabricó y calidad con qué materiales. Esa frontera —descrita en ISA-95— se resuelve con tres intercambios: hacia el PLC la orden, el producto y el tamaño de lote; desde el PLC la confirmación de fin de lote, las cantidades reales y las desviaciones; y hacia el ERP el consumo de materiales.
La comunicación se monta sobre OPC UA entre el PLC y la supervisión. La decisión que importa es quién manda: si el PLC espera la receta desde el MES para arrancar, una caída de red detiene la producción; funciona mejor un modo degradado donde el PLC conserva su receta local validada y sincroniza después. Con básculas y dosificadores el reto es de resolución: la receta dice cuánto y la máquina dice cómo.
8. Errores comunes y tabla de decisiones
Casi todos los problemas se repiten: setpoints duplicados que divergen entre el HMI y el programa, recetas sin versión que ya no permiten reconstruir el lote anterior y registros sin respaldo que un corte de energía borra.
| Escenario de la línea | Dónde vive la receta | Quién edita | Riesgo principal |
|---|---|---|---|
| De 3 a 30 productos por línea | DB de receta en el PLC, índice por producto | Supervisor con usuario y contraseña | Nadie respalda el DB y se pierde con la CPU |
| Farmacéutico o alimento con auditoría | MES o sistema con firma electrónica | Ingeniería de proceso, con liberación | Una caída de red deja la línea sin receta |
| Cambio varias veces por turno | Receta en PLC con precarga y confirmación | Operador solo selecciona y confirma | Precarga sin validar contra el lote en curso |
| Un producto, sin cambios previstos | Constantes en el programa | Ingeniería, con descarga de proyecto | Un cambio no previsto obliga a reprogramar |
La regla más importante del proyecto: una sola fuente de verdad por parámetro, porque si un valor vive en dos lugares, uno estará equivocado.
9. Caso práctico: cambio de presentación en una línea de envasado, de 40 minutos a 6
Situación (caso representativo): una línea de envasado en el Bajío fabricaba cuatro presentaciones con tres cambios de formato por turno. Los parámetros —peso de llenado, velocidad de la llenadora, temperatura y tiempo de sellado— se capturaban a mano en el HMI contra una hoja plastificada pegada a la máquina. El cambio tomaba unos 40 minutos y la mayor parte era captura y verificación, porque nadie confiaba en la hoja.
Solución: se definió un tipo de dato de usuario con los parámetros de llenado y sellado y, sobre él, un DB de receta con una fila por presentación, con índice y versión. El HMI quedó con un selector de producto y el PLC valida cada valor contra su rango antes de habilitar el automático; cada cambio cierra un registro de lote con producto, versión, valores reales, usuario y marca de tiempo.
Resultados obtenidos:
- El cambio bajó de unos 40 minutos a unos 6 minutos de intervención en pantalla; el resto es la parte mecánica.
- El cliente pudo responder por escrito qué receta se usó en un lote de tres meses atrás.
Este tipo de intervención requiere entender el proceso, definir tolerancias con calidad y dejar documentación: es el terreno de nuestros servicios de ingeniería.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la gestión de recetas en PLC?
Es sacar los valores de proceso del programa y dejarlos en una estructura de datos que se selecciona por producto, se valida antes de arrancar y deja registro de quién la editó.
¿Dónde conviene guardar las recetas: en el PLC, en el HMI o en el MES?
En el PLC, porque la secuencia no puede depender de que el panel esté comunicado. El HMI es el mejor editor y el MES administra las versiones y los registros de lote.
¿Qué instrucciones de Siemens sirven para exportar e importar recetas?
RecipeExport y RecipeImport, de las instrucciones avanzadas de las CPU S7-1200 y S7-1500: trabajan contra un DB de receta y un CSV en la carpeta Recipes de la memoria de carga.
¿Qué debo registrar para que la trazabilidad resista una auditoría?
Producto y versión de receta, fecha y hora de inicio y fin, valores objetivo y reales por componente, lote de cada materia prima, rendimiento real contra el teórico y quién verificó cada paso crítico.
¿Se puede cambiar de producto sin parar la línea?
Se puede reducir el paro a la parte mecánica si la receta se precarga y se valida mientras la máquina corre el lote anterior; el cambio real ocurre al cerrar el lote y liberar la primera pieza verificada.
