Automatización de un Proceso Industrial 8 (Caso Práctico-Fichero de intercambio con HMI/SCADA)

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Como se indicaba en el Esquema Funcional:

“Para todo ello, no implementaremos ninguna lógica cableada, realizando todo el control mediante PLC o PAC y el apoyo de un HMI (Human Machine Interface) local.

El sistema debe conectarse a una Red de Control Ethernet/IP existente, para telemantenimiento e integración de proceso en SCADA existente.”

Por ello, disponemos de de dos ficheros de intercambio:

  • Autómata/HMI
  • Autómata/SCADA

1. Intercambio Autómata/SCADA.

En nuestro caso práctico, el número de variables del sistema en HMI es superior a las mapeadas en el SCADA, esto suele ser habitual en la mayoría de las plantas y procesos.

Por ello, vamos a comenzar por el fichero de intercambio con el SCADA, éste dispone de un servidor OPC KEPServerEx de la casa Kepware, he optado por este servidor, ya que podemos descargarlo y usarlo en modo demo durante 2 horas, en el siguiente enlace:

https://my.kepware.com/download/demo/ex/?utm_content=EX5-HOME

En una primera fase, debemos reunirnos con los administradores y explotadores del SCADA, para definir el alcance dos trabajos y obtener la siguiente información:

  • Plataforma existente.
  • Tipo de comunicaciones (OPC para nuestro caso práctico).
  • TAG’s existentes y estándar de construcción.
  • Estándares de organización de procesos.
  • Estándares de ficheros de intercambio.

Una vez que disponemos de toda esta información, sabemos que sólo nos solicitan mapear en el SCADA:

  • Señales generales.
  • Nivel y volumen del depósito.
  • Temperatura del agua.
  • Caudal instantáneo y volumen aportado al sistema principal.

Las señales a implementar al SCADA, son de dos tipos:

  • Señales analógicas y totalizadores “EA”.
  • Señales digitales de estado “SDE”.

Los TAG’s se contruyen con el siguiente estándar:

“Nombre del proceso”_”Tipo de señal”_ “Numeración”

Nombre del proceso: PCA

Tipos de señales: EA (entradas analógicas) y SDE (señales digitales de estado):

opc1

Ficheros OPC:

Copia seguridad KEPServerEX

Importación variables.

2.  Intercambio Autómata/HMI.

En nuestro caso, al haber utilizado un PANELVIEW 7 PLUS de 10″ con un COMPACTLOGIX de Allen Bradlley la integración se simplifica notablemente, gracias a la “Arquitectura Integrada”, ya que no disponemos de dos bases de datos (HMI y autómata) a la hora de vincular variables en el HMI, pudiendo realizarlo de dos maneras:

  • Online. Estando conectados al autómata accedemos a las variables declaradas en él.
  • Offline. Vinculando la aplicación del autómata (fichero.ACD) a la del HMI.

Esta forma de trabajar ahorra mucho tiempo de integración, ya que no tenemos que generar dos bases de datos, no obstante en el caso de que utilizáramos un HMI de otra marca, procederíamos de manera similar con el SCADA en caso de que disponga de OPC o con la herramienta de variables propia de la aplicación de desarrollo del HMI.

Saludos!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 7 (Caso Práctico-Arquitectura de Control)

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En la anterior entrada hemos definido los tipos y número de E/S, por lo que ya podemos, junto a los documentos ya redactados, diseñar nuestra Arquitectura de Control. Recordamos los documentos de inicio o partida, y el lugar en el que se encontraba:

  • Documento o esquema funcional.
  • Diagrama de proceso (P&ID).
  • Lista de sensores e instrumentación.
  • Lista de equipos y consumidores (actuadores).
  • Lista de señales.
  • Arquitectura de Control.
  • Esquemas Unifilares.
  • Esquemas Desarrollados.
  • Posicionales de Armarios.

1. ¿Qué es la Arquitectura de Control?.

Es una representación gráfica detallada de los equipos de Control, Comunicaciones y Supervisión de nuestra planta, subproceso o máquina, incluyendo las redes y buses de comunicación. También se conoce como Topología de Red.

Una buena Arquitectura de Control nos debe permitir de manera sencilla:

  • Visualizar nuestro Sistema de Control.
  • Identificar Equipos y sus características principales, incluyendo sus tarjetas de ampliación.
  • Identificar Redes y Nodos/IP’s de comunicación.
  • Cuantificar puertos ocupados y libres.

2. Puntos a tener en cuenta para el diseño de la Arquitectura de Control.

Para el diseño de la  Arquitectura de Control, tenemos que tener en cuenta principalmente los siguientes puntos:

  • Número de E/S y disposición física de las mismas.
  • Redes y buses de comunicación.
  • Requerimientos y estándar del cliente.
  • Interconexión entre sistemas.

En nuestro diseño tendremos en cuenta los requerimientos del Esquema Funcional, concretamente el funcional del caso práctico recogía las siguientes indicaciones:

  • “Para todo ello, no implementaremos ninguna lógica cableada, realizando todo el control mediante PLC o PAC y el apoyo de un HMI (Human Machine Interface) local.”
  • “El sistema debe conectarse a una Red de Control Ethernet/IP existente, para telemantenimiento e integración de proceso en SCADA existente.”
  • 5. HMI. Será de tipo pantalla táctil, sin teclados de funciones y con un tamaño de 10″, visualizando las siguientes pantallas:”

También tendremos en cuenta el número de E/S , que según la lista de señales de campo que generamos en la anterior entrada del blog, serían:

  • 15 Entradas Digitales
  • 4 Salidas Digitales
  • 4 Entradas Analógicas
  • 3 Salidas Analógica

Por último, hay que valorar las referencias y marcas habituales del cliente, esto se realiza por varios motivos, entre ellos:

  • Homogeneizar instalaciones y reducción de referencias de equipos, permitiendo la racionalización de repuestos.
  • No promover variedad de software y conocimientos específicos para el mantenimiento.
  • Facilita la interconectividad entre procesos y máquinas.

Todo esto permite reducir costes y tiempos de indisponibilidad de plantas o máquinas.

3. Arquitectura de Control de Planta de Calentamiento de Agua.

Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, la Arquitectura de Control de nuestro caso práctico sería:

arquit_bn

4. Lista de Señales de Campo, Arquitectura de Control y Lista de Materiales de Control.

Personalmente y desde un punto de vista de automatización y control, los siguientes documentos los considero básicos para el desarrollo de un proyecto de automatización y para el posterior mantenimiento de éste:

  • Lista de Señales de Campo.
  • Arquitectura de Control.
  • Lista de Materiales de Equipos de Control.

Por ello, me gusta generar un documento que contenga toda esta información (más abajo se encuentra enlace para descarga de fichero editable):

lsc1

lsc2

lsc3

5. Programas para la realización de estos documentos.

Los programas que pueden facilitar la generación de esta documentación  son:

  • Excel para Lista de señales de campo y lista de materiales de control. Enlaces a Lista de Señales de Campo en formato PDF y Excel.
  • Autocad para Arquitectura de Control. Casi todos los fabricantes disponen de librerías en formato CAD. Por ejemplo, para el switch de Phoenix Contact elegido para nuestra arquitectura:

https://www.phoenixcontact.com/online/portal/es?uri=pxc-oc-itemdetail:pid=2891036&library=eses&tab=1

enlaceCAD

En la siguiente entrada, ya que disponemos del HMI a implementar en el sistema, veremos “Automatización de un Proceso Industrial 8 (Caso Práctico-Lista de Señales de Intercambio con HMI)”.

Saludos!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 6 (Caso Práctico-Lista de señales de campo)

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En las entradas anteriores hemos definido el Esquema Funcional y el Diagrama de Proceso, con los que hemos podido seleccionar la instrumentación y actuadores para la automatización de nuestro proceso, de la relación de documentos de inicio o partida, ahora vamos a definir la lista de señales.

  • Documento o esquema funcional.
  • Diagrama de proceso (P&ID).
  • Lista de sensores e instrumentación.
  • Lista de equipos y consumidores (actuadores).
  • Lista de señales.
  • Arquitectura de Control.
  • Esquemas Unifilares.
  • Esquemas Desarrollados.
  • Posicionales de Armarios.

Recordamos que debemos distinguir, dos tipos:

  • Lista de señales de campo.
  • Lista de señales de intercambio con HMI (SCADA, Pantalla Táctil).

En esta entrada vamos a definir la lista de señales de campo, ya que la de intercambio dependerá del HMI que definamos en nuestra Arquitectura de Control:

1. Lista de Señales de Campo.

Tras identificar las señales necesarias para implementar la instrumentación, sensores y equipos de nuestro proceso, debemos realizar un listado que incluya todas ellas, para así poder valorar que tipo de control vamos a realizar (periferia centralizada/descentralizada, lógica cableada/programada o combinación de ambas, controlador de lazo abierto/cerrado…).

El listado podrá incluir las siguientes columnas/campos:

  • Descripción de la señal.
  • Rack, Tarjeta y número de canal de la señal.
  • TAG interno del PLC (PAC) de la variable de entrada.
  • Tipo de señal ED,SD,EA, SA, BCD…
  • Rango (señales analógicas).
  • E/S en reserva.
  • Estado en función del valor de la señal.

Es importante que el listado de señales, disponga de un número de revisión.

2. ¿Como averiguamos las Señales de Campo?.

Del esquema funcional y diagrama de proceso, hemos obtenido la instrumentación (entradas) y actuadores (salidas) necesarios, para nuestro sistema de control. Una vez que hemos seleccionado los equipos más adecuados para nuestra planta, en base a la documentación técnica de éstos, podemos identificar la mayoría de las entradas y salidas del sistema, además habrá que tener en cuenta aquellas señales generales de la planta o de los equipos que debamos implementar.

En nuestra planta de ejemplo, tenemos la siguiente previsión de E/S, resultando la lista de señales de campo (Revisión 0):

  • ENTRADAS DIGITALES.

ED_0

  • SALIDAS DIGITALES.

SD_0

  • ENTRADAS ANALÓGICAS.

EA_00

  • SALIDAS ANALÓGICAS.

SA_0

En la siguiente entrada veremos “Automatización de un Proceso Industrial 7 (Caso Práctico-Arquitectura de Control)”.

Saludos!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 5 (Caso Práctico-Lista de equipos y consumidores. Actuadores)

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Todo Sistema de control, se compone de entradas generadas por los sensores, instrumentación, auxiliares de mando (pulsadores, selestores…), HMI,s y de unas salidas que modifican el medio medido a través de equipos que generan movimiento, aperturas y cierres de válvulas, calentamiento a través de resistencias, etc….

SISTEMACONTROL

En esta entrada, vamos a realizar la selección de actuadores y realizar la “lista de equipos y consumidores (actuadores)”, algunos de estos equipos, además nos generan información de estado de ellos mismos y además debemos disponer de información adicional de ellos, como pueden ser:

  • Disparo de protecciones.
  • En el caso de que dispongan de seta de emergencia.
  • Protecciones generadas por el propio equipo (limitadores de par, protecciones de temperatura interna, etc…).

En base a nuestro Diagrama de Proceso, la lista de sensores e instrumentación que hemos seleccionado es la siguiente, indicando:

  • TAG de equipo.
  • Descripción Actuador.
  • Marca.
  • Referencia.
  • Alimentación.
  • Potencia.
  • Observaciones (información complementaria).

actuadores

Para las resistencias de calentamiento, utilizaremos relés de estado sólido de control de ángulo de fase, con una entrada de control de 4-20 mA, para así conseguir un control de temperatura más lineal.

2. Páginas de productos y manuales:

  • Válvula de Bola.

http://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/10000X/ES/es/109392/109393/109408/109409/70686/product.html

Manual Válvula

http://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/10000X/ES/es/9605/download/document.html

Manual Actuador

http://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/10000X/ES/es/41127/download/document.html

valvula

  • Agitador.

http://www.timsa.com/es/tecAgi/agiHRT.htm

agitador_HRT

  • Resistencia Calentamiento y Relés de Estado Sólido.

Resistencias Calentamiento.

http://www.resistenciastope.com/es/10-resistencias-de-inmersion/7-resistencias-de-inmersion-sobre-racor

http://www.resistenciastope.com/descargar.php?archivo=LISTADO%20RESISTENCIAS%20STOCK%20%20RACOR.pdf

resistencia_tope

Relés de estado sólido con control de ángulo de fase.

http://www.gavazzi-automation.com/nsc/HQ/EN/solid_state_relays

http://www.productselection.net/PDF/UK/rgc_2_3p.pdf

  • Posicionador Válvula Reguladora Neumática 50 mm.

Válvula

http://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/100005/COM/en/109564/109591/109593/22685/product.html

valvula_neumatica

Posicionador.

http://www.gfps.com/appgate/ecat/common_flow/100005/AR/en/109564/109609/127758/product.html

dsr500

 

En la siguiente entrada veremos “Automatización de un Proceso Industrial 6 (Caso Práctico-Lista de señales)”.

Saludos!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 4 (Caso Práctico-Lista de sensores e instrumentación)

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En las dos entradas anteriores, hemos plasmado en un documento funcional los requerimientos de nuestro cliente y según el listado de “Documentos de inicio o partida”, ahora deberíamos realizar el listado de sensores e instrumentación, hay que recordar que el orden puede variar en función del proyecto:

  • Documento o esquema funcional.
  • Diagrama de proceso (P&ID).
  • Lista de sensores e instrumentación.
  • Lista de equipos y consumidores (actuadores).
  • Lista de señales.
  • Arquitectura de Control.
  • Esquemas Unifilares.
  • Esquemas Desarrollados.
  • Posicionales de Armarios.

1. ¿Qué es la lista de sensores e instrumentación?.

Hay mucha diversidad en la definiciones que podemos encontrar en la literatura relacionada con la Instrumentación Industrial y pienso entrar en profundidad en este tema en otras entradas comenzando desde los tipos de señales y su tratamiento, no obstante, para lo que nos ocupa en esta entrada y simplificándolo bastante, los sensores e instrumentos, son aquellos equipos que nos dan información del estado de nuestro proceso, es decir, son los sentidos de nuestro sistema de control, por ello es de vital importancia que realicemos una elección correcta.

La elección de los sensores e instrumentación será en función de:

  • Tipo de señal.
  • Variable a medir.
  • Normativas o directivas de debido cumplimiento (ATEX,SIL..).
  • Requerimientos de ambiente y medio a medir.
  • Tipo de montaje.

p&id01Diagrama de proceso.

En base a nuestro Diagrama de Proceso, la lista de sensores e instrumentación que hemos seleccionado es la siguiente, indicando:

  • TAG de instrumento.
  • Descripción y tipo del Instrumento.
  • Marca.
  • Referencia.
  • Tipo de señal (analógico-digital).
  • Rango y unidades de ingeniería.
  • Nº de hilos para sensores analógicos y tipo para digitales (PNP-NPN).

Lista_Instrum

El posicionador de la válvula reguladora de salida se podría considerar un instrumento e incluirse en este listado, no obstante personalmente, tanto la señalizaciones digitales de finales de carrera como las analógicas de las válvulas, me gusta reflejarlos en la lista de equipos y consumidores (actuadores).

2. Páginas de productos y manuales:

  • Limnímetro Tipo Radar.

http://www.vega.com/es/Medici%C3%B3n_de_nivel_Radar_VEGAPULS61.htm

http://www.vega.com/downloads/BA/36499-ES.PDF

VEGAPULS-61

  • Interruptores de Nivel

http://www.vega.com/es/Interruptores_de_nivel_Vibraci%C3%B3n_.htm

http://www.vega.com/downloads/BA/40552-ES.PDF

índice

  • Sonda de Temperatura Pt100

Sensor Pt100

http://www.prelectronics.es/?altTemplate=showproduct&id=3002

http://www.prelectronics.es/pdf/7400-3002-US.pdf

7400

Transmisor 2 Hilos.

http://www.prelectronics.es/?altTemplate=showproduct&id=2197

http://www.prelectronics.es/filearkiv/PDF/5300%20series/5331/Manual/5331V114_ES.pdf

5331a

  • Caudalímetro Electromagnético

Sensor

http://w3.siemens.com/mcms/sensor-systems/es/instrumentacion-de-procesos/medicion-de-caudal/electromagneticos/campo-continuo/sensor/Pages/sitrans-f-m-mag-3100.aspx

mag3100_z

Transmisor 4 hilos

http://w3.siemens.com/mcms/sensor-systems/es/instrumentacion-de-procesos/medicion-de-caudal/electromagneticos/campo-continuo/transmisor/Pages/sitrans-f-m-mag-6000.aspx

mag6000_z

 

En la siguiente entrada veremos “Automatización de un Proceso Industrial 5 (Caso Práctico-Lista de equipos y consumidores. Actuadores)”.

Saludos!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 3 (Caso Práctico-Revisión 1 de Esquema Funcional)

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Como comentamos en la entrada anterior “Automatización de un Proceso Industrial 2 (Caso Práctico-Documento o Esquema Funcional)”, los funcionales sufren cambios y se depuran en el desarrollo del proyecto, en este caso hemos incluido el Diagrama de Proceso y a medida que realicemos la elección de instrumentos y actuadores, iremos completando el documento y actualizando las revisiones.


 

ESQUEMA FUNCIONAL                  (Ver. 1 Fecha 08/04/2015)

1. Título:

Automatización de Sistema Auxiliar de Abastecimiento y  Calentamiento de Agua para Proceso.

2. Objeto del Proyecto:

Automatizar el sistema de calentamiento de agua, para abastecer a un proceso principal que demanda un caudal instantáneo máximo de 2 l/s. Para ello proyectaremos, la instrumentación, dispositivos de control y supervisión, para los siguientes subprocesos:

  • Control de Nivel en depósito de agua con capacidad de 5000 l.
  • Controlar y homogeneizar temperatura en depósito.
  • Regulación de caudal de salida según demanda de proceso principal.

Para todo ello, no implementaremos ninguna lógica cableada, realizando todo el control mediante PLC o PAC y el apoyo de un HMI (Human Machine Interface) local.

El sistema debe conectarse a una Red de Control Ethernet/IP existente, para telemantenimiento e integración de proceso en SCADA existente.

3. Descripción de la Instalación y Diagrama de Proceso.

La instalación consta de un deposito vertical de 5000 l en poliéster, con abertura superior y  los “picajes” necesarios para la instrumentación de medida. Además el sistema dispone de un aporte de agua de red, para la reposición del volumen demandado por el sistema principal.

p&id01

Diagrama de Proceso

4. Descripción de subprocesos. 

A continuación, describiremos el funcionamiento, instrumentación y actuadores necesarios, para cada uno de los subprocesos:

     4.1 Control de Nivel de Agua en Depósito.

El depósito dispone una abertura superior, por lo que la reposición del volumen de agua se realizará por la parte superior, mediante una tubería de 50 mm y el control de este aporte se realizará mediante una válvula de bola de 50 mm con actuador eléctrico a 230VAC.

p&id2

Aunque dispondremos de un transmisor de nivel (limnímetro), no será necesario realizar un control de nivel continuo, sólo tendremos dos limitaciones para realizar el control:

  • Debemos mantener una altura mínima en depósito para disponer de la altura manométrica correcta en la entrada del proceso principal.
  • El volumen de reposición no supondrá una perdida excesiva en la temperatura del agua del depósito.

Por lo expuesto en los dos puntos anteriores, se realizará la apertura de la válvula cuando se alcance un volumen del 80% de la capacidad total del depósito, pudiéndose realizar este control de dos formas, seleccionables desde HMI:

  • Mediante dos interruptores de nivel , uno para detección del 80% y otro para el 100% del volumen, realizándose la apertura y cierre respectivamente, mediante estas señales de tipo discreto.
  • Mediante transmisor de nivel, montado en la parte superior del depósito. Realizándose la apertura y cierre, por comparación analógica del nivel y consignas introducidas en HMI.

p&id5

     4.2 Controlar y Homogeneizar Temperatura en Depósito.

La temperatura de agua que aportamos al proceso principal, no será en ningún caso inferior a 30 ºC y superior a 40 ºC. Para ello, el aporte de calor lo realizaremos mediante dos resistencias trifásicas de 9 kW y el control de temperatura lo realizaremos con una sonda de temperatura tipo Pt100, situada en la zona inferior del depósito. Como dispositivo de seguridad de las resistencias de caldeo y para evitar que éstas trabajen sin nivel, instalaremos otro interruptor de nivel de tipo discreto, no obstante en este caso el funcionamiento de las resistencias debe prevalecer, por lo que sólo pasaremos a no disponibles las resistencias, en el caso de que nos indiquen tanto el nivel analógico como el discreto la falta de agua (nivel mínimo).

p&id02

Para que la temperatura sea lo más homogénea, se instalará en el depósito un agitador de palas trifásico de 750 W, éste dispondrá de dos modos de funcionamiento:

  • Modo Continuo.
  • Modo Alternancia (consignas de tiempo en paro y tiempo en marcha).

     4.3 Regulación de caudal de salida según demanda de proceso principal.

A la salida del depósito, disponemos de una tubería de 50 mm y para mantener el caudal instantáneo, consignable entre 0-2 l/s, implementaremos una válvula reguladora (230VAC) y un caudalímetro, éste último generará, tanto el valor instantáneo de caudal (señal analógica) como la de volumen (señal digital) con un factor de 10 l.

p&id4

Si nuestro sistema está lista para abastecer (Nivel y Temperatura correcto), informaremos mediante una señal digital cableada al proceso principal.

5. HMI.

Será de tipo pantalla táctil, sin teclados de funciones y con un tamaño de 10″, visualizando las siguientes pantallas:

  • Principal con “Login”.
  • Menú de pantallas.
  • Diagrama de Proceso.
  • Mandos.
  • Consignas.
  • Alarmas.
  • Histórico.
  • Gráficas de Tendencias.

6. Generalidades.

  • Para las señales de alarma y seguridad se utilizará “lógica inversa”.
  • Los estados de válvula también usarán “lógica inversa”, para así poder evaluar “Fallo Señalización Finales de Carrera”.
  • Todas las protecciones eléctricas dispondrán de señalización de disparo.
  • Se dispondrán de confirmaciones de estado de los dispositivos, para poder evaluar defectos de “no obedece”.
  • Las señales analógicas dispondrán de vigilancia de razonabilidad inferior y superior en un 2%.
  • Se realizará separación galvánica tanto para las señales de entrada y salidas digitales como analógicas.
  • Las alimentaciones de equipos y señales dispondrán de protecciones contrasobretensión.

Ver. 1 Fecha 08/04/2015


Saludos!!!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 2 (Caso Práctico-Documento o Esquema Funcional)

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En la entrada “Automatización de un Proceso Industrial 1 (Conceptos Básicos)”, dimos un repaso a los conocimientos básicos para comenzar a realizar el diseño de un Sistema de Control de un Proceso Industrial. A continuación, para nuestro ejemplo práctico comenzamos definiendo el documento base de toda automatización, el Esquema Funcional.

La finalidad principal de este caso práctico es el diseño del Sistema de Control, por lo que no entraremos en detalles hidráulicos y termodinámicos de los equipos.

Los documentos funcionales, es importante que dispongan de una revisión y fecha, ya que en muchas ocasiones, sufren modificaciones o se depuran detalles a lo largo de la ejecución del proyecto.


 

ESQUEMA FUNCIONAL                  (Ver. 0 Fecha 06/04/2015)

1. Título:

Automatización de Sistema Auxiliar de Abastecimiento y  Calentamiento de Agua para Proceso.

2. Objeto del Proyecto:

Automatizar el sistema de calentamiento de agua, para abastecer a un proceso principal que demanda un caudal instantáneo máximo de 2 l/s. Para ello proyectaremos, la instrumentación, dispositivos de control y supervisión, para los siguientes subprocesos:

  • Control de Nivel en depósito de agua con capacidad de 5000 l.
  • Controlar y homogeneizar temperatura en depósito.
  • Regulación de caudal de salida según demanda de proceso principal.

Para todo ello, no implementaremos ninguna lógica cableada, realizando todo el control mediante PLC o PAC y el apoyo de un HMI (Human Machine Interface) local.

El sistema debe conectarse a una Red de Control Ethernet/IP existente, para telemantenimiento e integración de proceso en SCADA existente.

3. Descripción de la Instalación.

La instalación consta de un deposito vertical de 5000 l en poliéster, con abertura superior y  los “picajes” necesarios para la instrumentación de medida. Además el sistema dispone de un aporte de agua de red, para la reposición del volumen demandado por el sistema principal.

4. Descripción de subprocesos. 

A continuación, describiremos el funcionamiento, instrumentación y actuadores necesarios, para cada uno de los subprocesos:

     4.1 Control de Nivel de Agua en Depósito.

El depósito dispone una abertura superior, por lo que la reposición del volumen de agua se realizará por la parte superior, mediante una tubería de 50 mm y el control de este aporte se realizará mediante una válvula de bola de 50 mm con actuador eléctrico a 230VAC.

Aunque dispondremos de un transmisor de nivel (limnímetro), no será necesario realizar un control de nivel continuo, sólo tendremos dos limitaciones para realizar el control:

  • Debemos mantener una altura mínima en depósito para disponer de la altura manométrica correcta en la entrada del proceso principal.
  • El volumen de reposición no supondrá una perdida excesiva en la temperatura del agua del depósito.

Por lo expuesto en los dos puntos anteriores, se realizará la apertura de la válvula cuando se alcance un volumen del 80% de la capacidad total del depósito, pudiéndose realizar este control de dos formas, seleccionables desde HMI:

  • Mediante dos interruptores de nivel , uno para detección del 80% y otro para el 100% del volumen, realizándose la apertura y cierre respectivamente, mediante estas señales de tipo discreto.
  • Mediante transmisor de nivel, montado en la parte superior del depósito. Realizándose la apertura y cierre, por comparación analógica del nivel y consignas introducidas en HMI.

     4.2 Controlar y Homogeneizar Temperatura en Depósito.

La temperatura de agua que aportamos al proceso principal, no será en ningún caso inferior a 30 ºC y superior a 40 ºC. Para ello, el aporte de calor lo realizaremos mediante dos resistencias trifásicas de 9 kW y el control de temperatura lo realizaremos con una sonda de temperatura tipo Pt100, situada en la zona inferior del depósito. Como dispositivo de seguridad de las resistencias de caldeo y para evitar que éstas trabajen sin nivel, instalaremos otro interruptor de nivel de tipo discreto, no obstante en este caso el funcionamiento de las resistencias debe prevalecer, por lo que sólo pasaremos a no disponibles las resistencias, en el caso de que nos indiquen tanto el nivel analógico como el discreto la falta de agua (nivel mínimo).

Para que la temperatura sea lo más homogénea, se instalará en el depósito un agitador de palas trifásico de 750 W, éste dispondrá de dos modos de funcionamiento:

  • Modo Continuo.
  • Modo Alternancia (consignas de tiempo en paro y tiempo en marcha).

     4.3 Regulación de caudal de salida según demanda de proceso principal.

A la salida del depósito, disponemos de una tubería de 50 mm y para mantener el caudal instantáneo, consignable entre 0-2 l/s, implementaremos una válvula reguladora (230VAC) y un caudalímetro, éste último generará, tanto el valor instantáneo de caudal (señal analógica) como la de volumen (señal digital) con un factor de 10 l.

Si nuestro sistema está lista para abastecer (Nivel y Temperatura correcto), informaremos mediante una señal digital cableada al proceso principal.

5. HMI.

Será de tipo pantalla táctil, sin teclados de funciones y con un tamaño de 12″, visualizando las siguientes pantallas:

  • Principal con “Login”.
  • Menú de pantallas.
  • Diagrama de Proceso.
  • Mandos.
  • Consignas.
  • Alarmas.
  • Histórico.
  • Gráficas de Tendencias.

6. Generalidades.

  • Para las señales de alarma y seguridad se utilizará “lógica inversa”.
  • Los estados de válvula también usarán “lógica inversa”, para así poder evaluar “Fallo Señalización Finales de Carrera”.
  • Todas las protecciones eléctricas dispondrán de señalización de disparo.
  • Se dispondrán de confirmaciones de estado de los dispositivos, para poder evaluar defectos de “no obedece”.
  • Las señales analógicas dispondrán de vigilancia de razonabilidad inferior y superior en un 2%.
  • Se realizará separación galvánica tanto para las señales de entrada y salidas digitales como analógicas.
  • Las alimentaciones de equipos y señales dispondrán de protecciones contrasobretensión.

Ver. 0 Fecha 06/04/2015


Ya tenemos listo la Rev. 0 de nuestro funcional, por lo que ya podemos comenzar a realizar el Diseño del Sistema de Control.

Saludos!!!!!!

Automatización de un Proceso Industrial 1 (Conceptos Básicos)

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La finalidad de esta entrada es compartir el flujo de trabajo, que desde mi punto de vista técnico, es el más adecuado para realizar la Automatización de un Proceso o Máquina Industrial, siendo otros tan válidos como el presentado en este artículo. También hay que comentar que dependiendo de cada proyecto, los puntos indicados serán aplicables, en mayor o menor medida.

Este flujo de trabajo, surge del trabajo a lo largo de muchos años y de los conocimientos adquiridos de grandes profesionales con los que he tenido la suerte de trabajar.

1. Definición de Proceso Industrial.

Un proceso industrial es el conjunto de operaciones unitarias o tratamientos que se realizan sobre una materia prima, para cambiar su estado de origen, pudiéndose cambiar su temperatura, volumen, composición, densidad, forma…todo ello con la mayor eficiencia posible.

2. Documentos de Inicio o Partida.

Aunque dependerá del proyecto y aunque nos vamos a centrar en aquellos que son más del ámbito de Control, los documentos para comenzar a realizar la Automatización de un Proceso son:

  • Documento o esquema funcional.
  • Diagrama de proceso (P&ID).
  • Lista de sensores e instrumentación.
  • Lista de equipos y consumidores (actuadores).
  • Lista de señales.
  • Arquitectura de Control.
  • Esquemas Unifilares.
  • Esquemas Desarrollados.
  • Posicionales de Armarios.

3. Documento o Esquema Funcional.

Este documento recoge en texto y/o con diagramas de flujos, la descripción del proceso y subprocesos, identificando los equipos que intervienen (electromecánicos, instrumentación, sensores..) en cada uno de ellos. Se puede completar mediante imágenes, diagramas de flujo, esquemas…. que ayuden a asimilar el contenido, no obstante, debe ser fácil de entender, incluso por personal no especialista en Sistemas de Control y/o Procesos.

Este documento, es la base para la realización de la “lógica cableada” (automatismos cableados) y “lógica programada” (PLC, PAC..).

Además de la descripción del funcionamiento del proceso, en este documento se debe recoger, si el sistema dispone de algún dispositivo HMI, y en caso afirmativo, las variables que serán consignables a través de éste, y aquellas que serán parámetros internos, modificables sólo a través de programación.

 4. Diagrama de Proceso (P&ID).

Según wikipedia.

Un diagrama de tuberías e instrumentación (DTI) también conocido del idioma inglés como piping and instrumentation diagram/drawing (P&ID) es un diagrama que muestra el flujo del proceso en las tuberías, así como los equipos instalados y el instrumental.

800px-Pump_with_tank_pid_en_svgDiagrama de Proceso Fuente wikipedia.

En ocasiones, se incluye en el Esquema Funcional el Diagrama de Proceso.

5. Lista de Sensores e Instrumentación.

Con el esquema funcional y diagrama de proceso, identificaremos todos los sensores e instrumentación que intervienen en el proceso y subprocesos, incluyendolos en un listado con los datos más relevantes de los instrumentos, que pueden ser:

  • Identificador o TAG del instrumento.
  • Descripción de la señal.
  • Tipo instrumento.
  • Marca.
  • Rango.

Micropilot_FMR51_PP_1Limnímetro radar de Endress+Hauser

6. Lista de Equipos y Consumidores (Actuadores).

Al igual que la lista de sensores e instrumentación, la lista de equipos y consumidores se genera a partir del esquema funcional y diagrama de proceso, este documento puede recoger la siguiente información:

  • Identificador o TAG del equipo.
  • Descripción del actuador.
  • Tipo actuador/accionamiento.
  • Marca.
  • Potencia del equipo.

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Válvula de bola de 3 vías +GF+

7. Lista de Señales.

Debemos distinguir, dos tipos:

  • Lista de señales de campo.
  • Lista de señales de intercambio con HMI (SCADA, Pantalla Táctil).

       7.1 Lista de Señales de Campo.

Tras identificar las señales necesarias para implementar la instrumentación, sensores y equipos de nuestro proceso, debemos realizar un listado que incluya todas ellas, para así poder valorar que tipo de control vamos a realizar (periferia centralizada/descentralizada, lógica cableada/programada o combinación de ambas, controlador de lazo abierto/cerrado…).

El listado podrá incluir las siguientes columnas/campos:

  • Descripción de la señal.
  • Rack, Tarjeta y número de canal de la señal.
  • TAG interno del PLC (PAC) de la variable de entrada.
  • Tipo de señal ED,SD,EA, SA, BCD…
  • Rango (señales analógicas).
  • E/S en reserva.
  • Estado en función del valor de la señal.

       7.2 Lista de Señales de Intercambio con HMI (SCADA, Pantalla Táctil).

Aunque suele realizarse en la fase final del proyecto, una vez que se realice la lista de señales de campo, podemos generar la matriz de intercambio con el HMI. La agrupación podría ser:

  • Señales de Entradas Digitales de Campo.
  • Señales de Entradas Analógicas de Campo.
  • Señales Digitales Internas del PLC (PAC).
  • Señales Analógicas Internas del PLC (PAC).
  • Ordenes Digitales.
  • Consignas Analógicas.

8. Arquitectura de Control.

Una vez que se han definido el esquema funcional, diagrama de proceso y lista de señales, podemos definir nuestra arquitectura de control, en la que se detallará:

  • Equipos de control y disposición de tarjetas de E/S y comunicaciones. (PLC, PAC, DCS).
  • HMI´s.
  • Periferia E/S (centralizada o descentralizada).
  • Equipos de comunicación.
  • Redes y buses de comunicación.

Arquitectura_CONTROL_BN_pe

9. Esquemas Unifilares, Desarrollados y Posicionales de Armario.

Los esquemas unifilares recogerán, las diferentes fuentes de alimentación (red, transformadores, grupo electrógeno…) y circuitos a alimentar, detallando los datos más relevantes de éstos, tipo de circuito, potencia….etc.

Los esquemas desarrollados, tendrán el detalle de la lógica cableada, E/S del PLC, PAC o DCS e instrumentación.

Por último, se definirán los posicionales de los diferentes armario, tanto de los paneles interiores (aparellaje, cableado, canalizaciones….), como de los frontales (auxiliares de mando, HMI, aparellaje en frontal de armario).

Todo esto, lo trataremos en otra entrada con más detalle, ya que el objeto de este artículo está mas orientado a todo lo referente al diseño del Sistema de Control.

posicionalPosicional Placa Interior Armario

En la siguientes entrada “Automatización de un Proceso Industrial 2 (Caso Práctico)”, realizaremos el diseño de un pequeño Sistema de Control paso a paso.

Saludos!!!!