Proyecto Migración a Iluminación Eficiente“INFORME DE INGENIERÍA DE DETALLE” Migración a Buses de Campo de planta de Hipoclorito de Sodio Integrantes : Ricardo González Leal Sebastián Mardones Mardones Héctor Mella Contreras Profesor : Daniel Sbarbaro Hofer Asignatura : Automatización Industrial Fecha : 26-01-2012 Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento Ingeniería Eléctrica. Departamento Ingeniería Eléctrica. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 2 Contenido I. OBJETIVOS DE INGENIERÍA DE DISEÑO .............................................................. 4 II. INGENIERÍA DE DISEÑO ........................................................................................ 5 II.1 Diseño General ................................................................................................... 5 II.1.1 Análisis de funciones y requerimientos dos por Ing. Básica ............................. 5 II.1.2 Determinación del diseño definitivo .................................................................. 5 II.1.3 Evaluación del diseño definitivo. .................................................................... 24 II.1.3.1 Control de texto estructurado....................................................................... 24 II.1.3.2 Evaluación de lógicas mediante simulación de lazos. .................................. 24 II.2. Diseño Específico. ............................................................................................ 24 II.2.1 Optimización del diseño y requerimientos de seguridad. ................................ 24 II.1.2 Especificaciones de componentes a utilizar. .................................................. 24 III. INGENIERÍA DE PROYECTO .............................................................................. 25 III.1 Especificación técnica de los instrumentos principales. .................................... 25 III.1.1 Instrumentos en terreno................................................................................ 25 III.1.1.a Válvulas manuales. .................................................................................... 25 III.1.1.b Gabinetes. .................................................................................................. 25 III.1.1.c Computadores. ........................................................................................... 25 III.1.1.d Estanques Almacenamiento, reciclo y reacción. ......................................... 25 III.1.1.e Estructura de cañerías y chaquetas de seguridad ...................................... 25 III.1.2 Instrumentos y software adquiridos por el proyecto. ...................................... 25 III.1.2.a PLC ............................................................................................................ 25 III.1.2.b ORP ........................................................................................................... 29 III.1.2.c Válvulas Controlada (posicionadores) ......................................................... 35 III.1.2.d Transmisor de Flujo Volumétrico ................................................................ 37 III.1.2.e Transmisor de Temperatura ....................................................................... 39 III.1.2.f Transmisor de Concentración ...................................................................... 41 III.1.2.g Transmisor de Caudal Másico .................................................................... 41 III.1.2.h Transmisor de Presión (kg/cm 2 ).................................................................. 41 III.1.2.i Transmisor de Dilución ................................................................................ 41 III.1.2.j Transmisor de Nivel ..................................................................................... 43 III.1.2.k Software para Programación y Sistema operativo ...................................... 45 IV. INGENIERÍA DE DETALLE .................................................................................. 48 IV.1 Planos funcionales. .......................................................................................... 48 IV.2 Planos de conexionado. ................................................................................... 48 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 3 IV.3 Planos instalación y montaje. ........................................................................... 48 IV.4 Planos de construcción. ................................................................................... 48 IV.5 Manual puesta en servicio................................................................................ 48 ANEXO .......................................................................... Error! Bookmark not defined. Diagramas ..................................................................... Error! Bookmark not defined. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 4 I. OBJETIVOS DE INGENIERÍA DE DISEÑO Realizar el diseño de equipos, piezas y componentes. Realizar el diseño de gabinetes, tableros de distribución de energía, paneles de mando, diagramas de conexionado, etc. Realizar el diseño de salas (eléctricas, hidráulicas, de control, etc.), muebles etc. Realizar diseño de lógicas, Interfaz de operación, etc. a implantarse en sistemas, computadores y/o procesadores. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 5 II. INGENIERÍA DE DISEÑO II.1 Diseño General II.1.1 Análisis de funciones y requerimientos dos por Ing. Básica II.1.2 Determinación del diseño de control definitivo Luego de la visita a planta y de los alcances presentados en la formulación del proyecto e ingeniería básica, se puede especificar qué elementos se reutilizaran en el desarrollo del proyecto y cuales adquirirán. Los dispositivos a adquirir serán especificados detalladamente en cuantos a sus rangos de operación y características físicas. Cabe destacar que como lo señalado en ingeniería de básica algunos componentes se adquirieron nuevamente y otros se modificaron y quedaron de la planta en uso. Significancia Representación en Color Equipo/Componente existente en Planta Equipo/Componente nuevo Equipo/Componente modificado Notar que lo que se refiere al sistema de control tenemos los controladores en verde, esto nos dice que el dispositivo controlador es nuevo, en efecto la planta será controlado centralmente mediante un PLC. Por otra parte y antes de agregar cualquier diagrama se especifica la nomenclatura utilizada se muestra en la siguiente tabla Tabla 1. Criterios de simbología para Controladores, Válvulas, Indicadores, Transmisores, Puntos de consignas y Tags cableado. IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN FV 414-V1 Válvula de Entrada de Agua FV 414-V2 Válvula de Entrada de Soda Caustica FV 414-V3 Válvula de Entrada a Estanque de Absorción FV 414-V4 Válvula de Entrada de vapor de Cloro FV 414-V5 Válvula de salida de Estanque de Absorción FV 414-V6 Válvula de salida de NaOCl del sistema FV 414-V7 Válvula de Entrada a Estanque de Almacenamiento S1 FV 414-V8 Válvula de Entrada a Estanque de Almacenamiento S2 FV 414-V9 Válvula de Entrada a Estanque de Almacenamiento S3 LT 414-L1 Transmisor de nivel de Estanque de Absorción LT 414-L2 Transmisor de nivel de Estanque de Reciclo LT 414-L3 Transmisor de nivel de Estanque de Almacenamiento S1 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 6 LT 414-L4 Transmisor de nivel de Estanque de Almacenamiento S2 LT 414-L5 Transmisor de nivel de Estanque de Almacenamiento S3 OIT 414-O1 Transmisor y sensor de ORP en Reactor OIT 414-O2 Transmisor y sensor de ORP en Reactor OI 414-O3 Sensor de ORP en Estanque de Reciclo FT 414-F1 Flujómetro de Agua FT 414-F2 Flujómetro de Soda Caustica FT 414-F3 Flujómetro de Entrada de Estanque de Absorción FT 414-F4 Flujómetro de Vapor de Cloro FT 414-F5 Flujómetro de Salida de Estanque de Absorción FT 414-F6 Flujómetro de Salida de NaOCl del proceso FIC 414-C1 Control e indicador de Flujo de Agua FIC 414-C2 Control e indicador de Flujo de Soda Caustica FIC 414-C3 Control e indicador de Flujo de Entrada a Estanque de Absorción FY 414-C4 Control de Razón de Flujos de entrada de Agua y Soda FIC 414-C5 Control e indicador de Flujo de Vapor de Cloro OIC 414-C6 Control e indicador de ORP FIC 414-C7 Control e indicador de Flujo de salida de Estanque de Absorción LIC 414-C8 Control e indicador de Nivel de Estanque de Absorción LIC 414-C9 Control e indicador de Nivel de Estanque de Reciclo FIC 414-C10 Control e indicador de Flujo de Salida del proceso CIC 414-C11 Control e indicador de Almacenamiento 415-P10 Bomba de Entrada de Agua 513-P5 Bomba de Entrada de Soda Caustica 414-P5 Bomba de Salida de Estanque de Absorción 414-P6 Bomba de Salida de Estanque de Absorción 414-P3 Bomba de Reciclo NaOCl 414-E3 Intercambiador de Calor de Soda diluida 414-E4 Intercambiador de Calor de Salida de Reactor 414-S1/S2 Estanque de Absorción 414-S1 Estanque de Almacenamiento S1 414-S2 Estanque de Almacenamiento S2 414-S3 Estanque de Almacenamiento S3 414-S4 Estanque de Reciclo 414-R1 Reactor de NaOCl SP_C1 Set Point Controlador de Flujo C1 SP_C2 Set Point Controlador de Flujo C2 SP_C3 Set Point Controlador de Flujo C3 SP_C4 Set Point Controlador de Flujo C4 SP_C5 Set Point Controlador de Flujo C5 SP_C6 Set Point Controlador de ORP C6 SP_C7 Set Point Controlador de Flujo C7 SP_C8 Set Point Controlador de Nivel C8 SP_C9 Set Point Controlador de Nivel C9 SP_C10 Set Point Controlador de Flujo C10 CB_PA1 Cable Troncal Profibus PA CB_DP1 Cable Troncal Profibus DP CB_PLC Cable bus de campo conexión etapa DP-PLC CB_FT1-L1 Cable profibus PA sensor de flujo 1 lazo 1 CB_FT2-L1 Cable profibus PA sensor de flujo 2 lazo 1 CB_FT3-L1 Cable profibus PA sensor de flujo 3 lazo 1 CB_FT1-L2 Cable profibus PA sensor de flujo 1 lazo 2 CB_FT1-L3 Cable profibus PA sensor de flujo 1 lazo 3 CB_FT2-L3 Cable profibus PA sensor de flujo 2 lazo 3 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 7 CB_FT1-L4 Cable profibus PA sensor de flujo 1 lazo 4 CB_LT1-L4 Cable profibus PA sensor de Nivel 1 lazo 4 CB_LT1-L5 Cable profibus PA sensor de Nivel 1 lazo 5 CB_LT2-L5 Cable profibus PA sensor de Nivel 2 lazo 5 CB_LT3-L5 Cable profibus PA sensor de Nivel 3 lazo 5 CB_FV1-L1 Cable profibus PA válvula 1 lazo 1 CB_FV2-L1 Cable profibus PA válvula 2 lazo 1 CB_FV3-L1 Cable profibus PA válvula 3 lazo 1 CB_FV1-L2 Cable profibus PA válvula 1 lazo 2 CB_FV1-L3 Cable profibus PA válvula 1 lazo 3 CB_FV1-L4 Cable profibus PA válvula 1 lazo 4 CB_FV1-L5 Cable profibus PA válvula 1 lazo 5 CB_FV2-L5 Cable profibus PA válvula 2 lazo 5 CB_FV3-L5 Cable profibus PA válvula 3 lazo 5 CB_OIT1-L2 Cable profibus PA Sensor Transmisor ORP 1 lazo2 CB_OIT2-L2 Cable profibus PA Sensor Transmisor ORP 2 lazo2 Figura 2.1: P&ID del proceso de fabricación de hipoclorito de sodio Entonces especificando los lazos y los controladores tenemos con los nuevos elementos a adquirir tenemos: Bomba Soda 513-P5 Bomba 414-P5 Bomba Agua 415-P10 Bomba 414-P6 Bomba reciclo NaOCl 414-P3 FIC 414-C1 LIC FIC PROMEDIADOR FIC LIC FIC CONTROL DISCRETO ALMACENAMIENTO FT Vapor chlorine Agua Soda Caustica Reactor NaOCl 12" 414-R1 Intercambiador de calor de NaOCl 414-E4 Estanque Almac 515-S1 Estanque Almac 516-S2 Estanque Almac 515-S3 Estanque Absorción 414- S1/S2 Estanque de reclico NaOCl 414-S3 By-pass Intercambiador de calor de soda diluida 414-E3 1"-VAPOR-414 FV 414-V1 FV 414-V3 FV 414-V2 FT 414-F2 FT 414-F1 FT 414-F3 FIC 414-C3 FIC 414-C2 FY 414-C4 OIC 414-C6 414-C5 OIT 414-O1 OIT 414-O2 414-F4 FV 414-V4 LT 414-L1 FT 414-F5 414-C7 414-C8 FV 414-V5 OI 414-O3 LT 414-L2 414-C9 FV 414-V6 414-C10 FT 414-F6 LT 414-L3 LT 414-L4 LT 414-L5 FV 414-V7 FV 414-V8 FV 414-V9 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 8 Lazo1: Lazo de control de ingreso de Soda Caustica diluida Figura 2.2 Lazo de adición del soda-caustica FIC 414-C3: Controla el caudal del ingreso al proceso a través de la válvula FV-414- V3. Figura 2.3 Diagrama de flujo del sub-lazo de control de flujo de soda Control De Flujo SetPoint 37089 lb/hr 100% Flujo de salida hacia Estanque de absorción 414 S1/S2 Transmisor FT 414-C3 Tipo de control FIC-414-C3 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V3 Abre ante fallas Tipo de control directo/inverso directo 513-P5 Bomba Soda 415-P10 Bomba Agua FIC 414-C1 FIC 414-C2 FIC 414-C3 FY 414-C4 Agua Soda Caustica Intercambiador de calor de soda diluida 414-E3 FV 414-V1 FV 414-V2 FT 414-F1 1"-AGUA-414 FT 414-F2 FT 414-F3 1"-AGUA-414 1"-AGUA-414 1 " - A G U A - 4 1 4 1"-AGUA-414 FV 414-V3 FIC-414-C3 FV-414-V3 Flujo de Soda FT-414-C3 +/- SetPonit FIC-414-C3 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 9 Notar que el lazo anteriormente descrito controla el flujo de entrada al sistema del reactor, además la salida del controlador FIC-414-C3 controla los flujos de FIC-414-V1 y FIC-414-V2 para el control de razón, así se proporcionara a la mezcla precisa de soda. El sub-lazo para la mezcla entre soda y agua se controla con el lazo anteriormente descrito de la forma. FY-414-C4: Controla el la mezcla entre agua y soda, generando los Set-Point para ambos: Figura 2.4 diagrama de flujo para el control de razón de soda y agua. Por otra parte según especificaciones de fabricante tenemos que la razón precisa para un producto óptimo es 0.443:1: FY 414-C4 Control De razón OBS: Función en Lazo abierto SetPoint 0.443:1 Salida1 hacia FIC 414-C1 Salida2 hacia FIC 414-C2 Razón Agua 11387 lb/hr 100% Soda 25702 lb/hr 100% Razón (agua/soda) 0.443 : 1 FIC-414-C3 FV-414-V3 Flujo de Soda al sistema FT-414-C3 +/- SetPonit FIC-414-C3 FY-414-C4 FIC-414-C1 FIC-414-C2 FV-414-V1 FV-414-V2 FT-414-F1 FT-414-F2 Flujo de Agua F1 Flujo de Soda F2 +/- +/- Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 10 FIC 414-C1 Control De flujo SetPoint Remoto desde FY-414-C4, salida1 Transmisor FT 414-F1 Flujo de salida hacia Intercambiador de calor 414-E3 Tipo de control FIC-414- C1 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V1 Abre en falla Tipo de control directo/inverso Directo FIC 414-C2 Control De flujo SetPoint Remoto desde FY-414-C4, salida2 Transmisor FT 414 F2 Flujo de salida hacia Intercambiador de calor 414-E3 Tipo de control FIC-414- C2 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V2 Abre en falla Tipo de control directo/inverso Directo Lazo 2: Para el control de la adición de cloro gaseoso Otro de los lazos imprescindibles para la fabricación del hipoclorito es el lazo de adición del cloro gaseoso al reactor. Esto se muestra en la siguiente figura: Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 11 Figura 2.5 P&ID del Control en cascada para la adición del cloro gaseoso Para la precisión del ingreso del cloro gaseoso tenemos un control en cascada, como se muestra en la figura. Figura 2.6 Diagrama de flujo Control en cascada para la adición del cloro gaseoso OIC-414-C6 Control De Oxido Reducción SetPoint 520mV 100% Transmisor OR 414 01 + ORP 141 02 Salida hacia FIC 414-C5 Tipo de control OIC-414- PID OIC 414-C6 Proceso Redox en el Reactor AVG(OIT 414 01 + OIT414 02) +/- SetPonit OIC 414-C6 FIC-414-C5 FV-414-V4 FT-414-F4 Flujo Cl2 F4 +/- PROMEDIADOR FIC FT Vapor chlorine 1"-VAPOR-414 OIC 414-C6 414-C5 414-F4 FV 414-V4 OIT 414-O1 OIT 414-O2 Reactor NaOCl 12" 414-R1 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 12 C6 Tipo de control directo/inverso Directo FIC 414-C5 Control De flujo SetPoint Remoto desde OIC-414-C6 Transmisor FT 414-F4 Flujo de salida hacia Reactor NaOCl 414-R1 Tipo de control FIC-414- C5 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V4 Abre en falla Tipo de control directo/inverso Directo Lazo3 : Para el Control del estanque de Absorción Este lazo se encarga de mantener la suficiente reserva de soda para el ingreso directo al reactor. Este es un proceso intermedio para asegurarse de que la soda diluida ingresada al reactor este a una temperatura adecuada. Figura 2.7 P&ID de Control en cascada para la altura del estanque de absorción. Bomba 414-P5 Bomba 414-P6 LIC FIC LT 414-L1 FT 414-F5 FV 414-V5 414-C7 414-C8 Estanque Absorción 414- S1/S2 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 13 Figura 2.8 Diagrama de flujo para el control en cascado de altura el estanque de absorción. LIC 414-C8 Control De nivel SetPoint 0.7m 70% Salida hacia FIC 414-C7 Tipo de control LIC 414- C8 PID Tipo de control directo/inverso Directo FIC 414-C7 Control De flujo SetPoint Remoto desde LIC 414-C8 Flujo de salida hacia Reactor NaOCl 414-R1 Tipo de control FIC-414- C7 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V5 Abre en falla Tipo de control directo/inverso Inverso LIC 414-C8 Altura de estanque de Absorsion LT-414-L1 +/- SetPoit LIC 414-C8 FIC-414-C7 FV-414-V5 FT-414-F5 Flujo Soda diluida F5 +/- -/+ F3 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 14 Lazo4: Para el control de la altura del estanque del reciclo y salida del sistema. Una vez que se produce la reacción, el hipoclorito ingresa al estanque de reciclo, es ahí donde se despacha al almacenamiento o se reingresa al sistema para facilitar la reacción de la mezcla más joven. Figura 2.9: P&ID de proceso de bomba de reciclo y despacho a estanques de almacenamiento. Bomba reciclo NaOCl 414-P3 LIC FIC Reactor NaOCl 12" 414-R1 414-S3 Estanque de reclico NaOCl OIT 414-O1 OIT 414-O2 OI 414-O3 LT 414-L2 414-C9 FV 414-V6 414-C10 FT 414-F6 Intercambiador de calor de NaOCl 414-E4 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 15 Figura 2.10: Diagrama de flujo del Control de altura del estanque de Reciclo y despacho a almacenamiento. LIC 414-C9 Control De nivel SetPoint 0.6m 60% Salida hacia FIC 414-C10 Tipo de control LIC 414- C9 PID Tipo de control directo/inverso Directo FIC 414-C7 Control De flujo SetPoint Remoto desde LIC 414-C9 Flujo de salida hacia Almacenamiento Tipo de control FIC-414- C7 PID Acción de Falla de actuador FV-414-V5 Abre en falla Tipo de control directo/inverso Inverso LIC 414-C9 Altura de estanque de Reciclo LT-414-L2 +/- SetPoit LIC 414-C9 FIC-414-C10 FV-414-V6 FT-414-F6 Flujo Salida hipoclirito F5 +/- -/+ 109 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 16 Lazo 5: Para el control de los estanques de almacenamiento CIC Para esta sección de la planta se realiza un control discreto, cuya única función es llenar los estanques por orden. Figura 2.11: P&ID del almacenamiento del de hipoclorito de sodio Para el control de almacenamiento se tiene que la lógica de control es la mostrada en la tabla 2.1 L3 L4 L5 V7 V8 V9 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Tabla 2.1: Lógica de control para el estanque CIC 414-C11 Estanque Almacenam 515-S1 Estanque Almacenam 516-S2 Estanque Almacenam 515-S3 LT 414-L3 LT 414-L4 LT 414-L5 FV 414-V7 FV 414-V8 FV 414-V9 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 17 Respecto a los controles de nivel y flujos presentados en los diagramas de diseño finales tenemos que la lógica de su funcionamiento y su programación es de la siguiente forma: Prueba de los tipos de control implementados. II.2Realización de diseño de lógica de control Discretizando el PID se tiene que el código de controlador PID mediante la utilización de texto estructurado. ek := SP - PVk_flujo ; q0 := Kc*( 1 + T0/(2*Ti) + Td/T0 ); q1 := Kc*( -1 + T0/(2*Ti) - 2*Td/T0 ); q2 := Kc*Td/T0; duk := q0*ek + q1*ek1 + q2*ek2; if duk > 0 then signo:=1; end_if; if duk = 0 then signo:=0; end_if; if duk < 0 then signo:=-1; end_if; if abs(duk)>dUmax then duk := signo*dUmax; end_if; uk := uk1 + duk; if uk > Umax then uk:=Umax; end_if; if uk < Umin then uk:=Umin; end_if; uk1 := uk; ek2 := ek1; ek1 := ek; Tabla 2.2. Descripción de variables involucradas en el código del controlador. ITEM VARIABLE DESCRIPCIÓN 1 SP Punto de consigna de control de flujo 2 PVk_flujo Flujo medido 3 q0 Constante de Euler discreto 4 q1 Constante de Euler discreto 5 q2 Constante de Euler discreto 6 Kc Ganancia del controlador 7 Td Tiempo derivativo 8 Ti Tiempo integrativo 9 T0 Tiempo de muestreo 10 duk Variación de salida del controlador (delta U) 11 ek Error discreto en tiempo k 12 ek1 Error discreto en tiempo k-1 13 ek2 Error discreto en tiempo k-2 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 18 14 signo Signo de delta U 15 dUmax Rango máximo de delta U 16 Umin Rango mínimo de salida de controlador 17 Umax Rango máximo de salida de controlador 18 uk Salida de controlador en tiempo k 19 uk1 Salida de controlador en tiempo k-1 Control PID para lazos de Control de Flujo y de Nivel Figura 2.12 Plot de señales de control de lazos de control de flujos y de nivel. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 -20 0 20 40 60 80 100 uk pv sp ek Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 19 II.1.2 .a Diseño de equipos, piezas y componentes. II.1.2 .b Diseño de nuevo gabinete. II.1.2 .c Diseño de Tablero de distribución de energía. II.1.2 .d Diseño del Panel HMI. Para poder hacer la visualización del proceso de producción de hipoclorito de sodio se emplea una pantalla HMI a nivel de estación que permite el acceso desde la sala de control a las pantallas de operación (gráficos dinámicos, niveles, estados de bombas, válvulas etc.), de esta forma el diseño de la pantalla HMI contempla los siguientes puntos: - Monitorización, debe tener la capacidad de desplegar los datos en tiempo real a los operadores en la sala de control (Niveles, flujos, señales orp, estado de bombas y válvulas), esto sobre un diagrama del proceso general que muestre la estructura e información relevante. - Posibilidad de que los operadores puedan cambiar los set point u otros datos claves del proceso como estado de válvulas o activación de bombas. - Garantizar la seguridad en los accesos. Restringiendo zonas de programa comprometidas a usuarios no autorizados, registrando todos los accesos y acciones llevadas a cabo por cualquier operador. - En cuanto al plano físico se dispone de una pantalla de 17” alta resolución, debe incluir una batería de alimentación interna en caso de fallo, anclaje para gabinete o panel en la sala de control. - Soporte para enlazarse a PLC a distancia mediante conexión directa. 1,400 metros (5,000 pies) con un promedio de 115.2 K baudios Ahora bien, debido a las necesidades y a la previa elección del PLC ControlLogix Allen Bradley se predispone utilizar una pantalla de visualización PanelView Plus también de la línea de Rockwell Automation en vista de que ésta brinda una mayor facilidad al momento de realizar la transmisión de datos desde y hacia el controlador. De esta forma para la implementación en el esquema general de automatización se debe conectar el panel de visualización directamente al PLC mediante un cable RS232. Cable RS-232 HMI PanelView Plus PLC Allen Bradley Figura 2.13: Configuración comunicación PLC –panel de visualización Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 20 Específicamente la comunicación entre el equipo PLC y el PanelView Plus se establece mediante los pines 2,3 y 5 del cable RS232 de 9 pines que va conectado tanto en el puerto del panel como en el puerto de comunicación del PLC según el siguiente diagrama. Figura 2.14: Diagrama cableado comunicación PLC - PanelView Referente a la forma de alimentación del panel se dispone la configuración recomendada por el fabricante, esto es de 85 a 264VCA con un rango de frecuencia de 47-63Hz y un consumo de energía máximo de 110VA además la fuente de alimentación eléctrica de entrada debe estar protegida mediante un fusible o un disyuntor con una resistencia nominal no superior a 15 amperios. Finalmente para su instalación física en el gabinete o tablero de instalación, las dimensiones de corte deben ser de 257x390mm dejando un espacio libre superior e inferior de 51mm mientras que en los laterales de 40mm para el montaje, la ventilación, el mantenimiento, y la instalación de inscripciones. Figura 2.15: Cableado alimentación PanelView Plus Para finalizar, para el diseño de la interfaz de operación se utilizó la siguiente nomenclatura de figuras y colores: Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 21 Tabla 2.3: Simbología interfaz de operación planta hipoclorito de sodio Elemento Color / Descripción Figura Línea alimentación Cloro (gas) Amarillo - Línea 107 Línea alimentación agua Verde - Línea 100 Línea alimentación Soda caustica Celeste – Línea 101 Reactor 414-R1 Sodium Hypochlorite Reactor 12” reactor Estanque de reciclo 414-S3 Sodium Hypochlorite recycle tank Estanque de absorción 414-S1 414-S2 Sodium Hypochlorite Absorption tank Estanque de almacenamiento 515-S1 515-S2 516-S3 Válvulas controladas FV 414-Vx Válvula manual Agua, Soda o Cloro 414- V1 Rojo: normal cerrado Verde: normal abierto Bomba 413-P5 Bomba de soda Intercambiador de calor hipoclorito de sodio 414-E4 Sodium hypochlorite heat exchanger Intercambiador de calor soda diluida 414-E3 Dilute caustic hear exchanger Display Indicador valor Indicador variable mks mks De esta manera la pantalla de aplicación final quedan definidas las líneas de cada proceso como se muestra en la siguiente figura: Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 22 BY-PASS Bomba 414-P6 Bomba de agua 415 P10 P-66 Agua enfriamiento Tanque Almac 515 - 51 Tanque Almac 515 - 52 Tanque Almac 515 - 53 Bomba 414-P5 Reactor Bomba 414-P5 Selectada Switches Manuales Sistema Listo Reset Permisivo Reciclo Autostart Bomba reciclo Bomba de Soda 513 P5 °C MVDC MVDC Kg/cm2 Ton/dia M3/Hr Kg/cm2 % DIL M3/Hr Kg/cm2 % Conc Kg/cm2 °C M3/Hr Kg/cm2 °C MVDC M3/Hr Kg/cm2 MVDC MVDC Estanque de Reciclo Estanque de Absorción Figura 2.16: Esquema proceso interfaz de operación HMI Notar que los menús y acciones dispuestos en la pantalla de la interfaz alrededor del proceso es posible accederlos mediante la botonera del panelview, por otra parte mediante el cursor se puede seleccionar cada elemento haciendo emerger una ventana con la información detallada de este (control automático/manual, set point, pv, rango, etc.) Bomba selectada: Permite visualizar y modificar la configuración de las bombas presentes en el proceso. Es este ítem se puede acceder a datos relevantes como set point o pv. Switches manuales: Permite visualizar, operar y setear las válvulas en modo cuando está activado el modo manual. Sistema Listo: Envía la señal al PLC para realizar un chequeo de todas las condiciones de seguridad previo la puesta en marcha. Reset: Envía la señal al PLC para que lleve al sistema a una condición de seguridad y luego la puesta en marcha. Permiso Reciclo: Activa y desactiva la línea correspondiente al proceso de Reciclo. AutoStart: Envía la señal al PLC para poner el proceso en marcha previo chequeo de todas las condiciones de seguridad consideradas en la lógica de control. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 23 Figura 2.17: Ventana emergente bomba selectada interfaz de operación HMI Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 24 II.1.2 .e Diseño de salas. II.1.2 .f Realización de diseño de lógicas de Control. II.1.2 .g Realización del diseño de lógico de la HMI. II.1.3 Evaluación del diseño definitivo. II.1.3.1 Control de texto estructurado. II.1.3.2 Evaluación de lógicas mediante simulación de lazos. II.2. Diseño Específico. II.2.1 Optimización del diseño y requerimientos de seguridad. II.1.2 Especificaciones de componentes a utilizar. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 25 III. INGENIERÍA DE PROYECTO III.1 Especificación técnica de los instrumentos principales. III.1.1 Instrumentos en terreno. III.1.1.a Válvulas manuales. III.1.1.b Gabinetes. III.1.1.c Computadores. III.1.1.d Estanques Almacenamiento, reciclo y reacción. III.1.1.e Estructura de cañerías y chaquetas de seguridad III.1.2 Instrumentos y software adquiridos por el proyecto. III.1.2.a PLC La operación de control mostrada en todos los lazos estará a cargo de: PLC Rockwell-Automation 1756-L61 ControlLogix Control System. Serie A Figura 3.1 Vista del Controlador a adquirir con su respectiva fuente y modulo Ethernet Descripción general: Se trata de un PLC de grandes prestaciones y con la capacidad de expansión, tiene diversas ventajas tales como poder ingresar y retirar módulos en caliente. Posee la ventaja de la configuración mediante software y conexiones Ethernet. Además posee certificaciones que lo hacen aptos para el proceso presentado Especificaciones funcionales de relevancia Programación via software RSLogix 5000. Gran capacidad de expansión mediante módulos. Módulos de comunicación separado para comunicaciones de red. Memoria CompacFlash opcional de 64 o 128 MB Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 26 Características técnicas con un poco más de detalle características 1756-L6 Controllers tareas • 32 tareas • 100 programas/tareas Puerto de comunicación 1 RS-232 serial port Comunicación serial • ASCII • DF1 full/half-duplex • DF1 radio modem • DH-485 • Modbus via logic Opciones con módulos • EtherNet/IP • ControlNet • DeviceNet • Data Highway Plus • Remote I/O Máximas conexiones soportadas 250 Opciones de red por módulos • 100 ControlNet (1756-CN2/A) • 40 ControlNet (1756-CNB) • 256 EtherNet/IP; 128 TCP (1756-EN2x) • 128 EtherNet/IP; 64 TCP (1756- ENBT) Soporte de redundancias Full soporte Integración de motion • EtherNet/IP connection • SERCOS interface • Analog options ( Encoder input, LDT input, SSI input) Lenguajes de programación soportados • Relay ladder • Structured text • Function block • SFC Memoria de Usuario 2MB Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 27 Conexionado PLC (con las partes a adquirir) En esta sección es necesario determinar la configuración para todo el conexionado del PLC. Esto es Fuentes de alimentación, módulos, Ethernet para programación, HMI etc. Con esto se sentaran las bases para el buen entendimiento de los planos de conexionado. Instalación del Controlador Figura 3.2 Vista de perspectiva del PLC ControlLogix, notar que incluye batería y llave. No incluye memoria ni conectores RS.232 Figura 3.3 Vista frontal del controlador con tapa abierta. Se presenta la siguiente forma de conectar la batería del controlador. Bornera Local Conexión Superior No se conecta Centro Alambre negro (-) Inferior Alambre rojo (+) Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 28 Para el montaje del controlador se debe insertar la llave y el modulo como se indica, recordemos que el chasis dispone de la fuente de alimentación, que será vista con mayor detalle más adelante. Figura 3.4 Vista del montaje del modulo ControlLogix al Chasis. Para la programación y configuración del Controlador se debe hacer mediante el cable RS-232 como se muestra en la siguiente figura. Es importante destacar que también se puede configurar mediante modulo Ethernet/IP, pero de forma posterior. Figura 3.5 Cable a utilizar Para la configuración del este cableado los pines que se deben disponer debe ser de la siguiente forma. Figura 3.6 Disposición de pines a utilizar Figura 3.7 Disposición de pines a utilizar Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 29 Configuración: Para la configuración se debe ingresar al Software RSLinx como se muestra en la figura: Figura 3.8 Programa para la configuración RSLinx Respecto al chasis y la Fuente de alimentación: El chasis dispone de una fuente de alimentación capaz de recibir 110/220Vrms y entregrar 1.2, 3,3 y 24 Vdc. Figura 3.9 Medidas del chasis a adquirir cm y (pul) III.1.2.b Modulo comunicación PLC proceso (Profibus DP) Modulo Profibus DP ProSoft MVI56-PDPMV1 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 30 Como se especifico en ingeniería básica se trabajará con tecnología Profibus. Para lograr esto se utilizara un modulo en el PLC de Rockwell- Automation que proporciona una salida a profibus DP-V1. El fabricante de estos módulos (especiales para RA) e Prosoft. Las especificaciones técnicas de modulo se presentan a continuación. Figura 3.10 Instalación Típica de modulo de Profibus PD maestro DV1 Conexionado modulo Debido a que este dispositivo es solo un modulo del PLC a utilizar se tiene que su instalación no requiere de gran cableado, pues como se vio anteriormente los módulos se montan en el chasis. De esta forma tenemos que Figura 3.11 Instalación Típica en chasis Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 31 El montaje se realiza en forma directa y su configuración se hace mediante RSLogix, en efecto mediante RSLogix se cargan los ficheros de configuración GSD. (Siguiendo las instrucciones en el manual del fabricante). Pero no olvidemos que este modulo es el que nos proporcionara el bus de Profibus DP. El bus para el profibus DP se confecciona de la siguiente forma: Figura 3.12 Conector estándar de Profibus DP, Maestro El cable debe ser construido por una persona con experiencia en Profibus. Se requiere además un cable especial PROFIBUS par trenzado, una buena opción sería Belden 3070A. El procedimiento es el siguiente. 1. Cortar el cable con los largos requeridos como lo indica la ilustración (largos en mm). Figura 3.13 Cortes a los cables Luego se debe conectar este cable como lo muestra la figura 3.13. De esta forma el terminal de salida Profibus DP asignado al sistema es el siguiente: Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 32 Figura 3.14 Conector Profibus DP, Maestro, notar que dado las 2 salidas podemos tener distintas topologías. Comunicación entre Profibus DP-V1 y Profibus PA Acoplador DP/PA SIEMENS DP/PA FDC157-0 Acoplador bus de campo entre profibus DP a PA, su tipo de protección es IP20. Este instrumento es independiente y para su funcionamiento en modo stand-alone basta conectarlo a una fuente de alimentación (especificada posteriormente) y configurarla mediante los archivos GSD correspondientes. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 33 Figura 3.15 Integración del Acoplador DP/PA al sistema La disposición mostrada en la figura 3.14 será la utilizada en el proyecto Conexionado DP/PA Algunas características del conexionado son las siguientes, Aislamiento galvánico entre PD/PA, Velocidad de transmisión de 31,25 kbaudios. Para el conexionado se muestran las siguientes figuras: Figura 3.16 Preparación del cable de Profibus PA Figura 3.17 Medidas de los Cables para formar el Profibus PA (desde DP) Es importante destacar que estos cables deben conectarse en los terminarles P+ y P-. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 34 Figura 3.18 Vista general del conexionado desde el ingreso del Profibus DP a la Salida del Profibus PA. Fuente de Alimentación para la pasarela Como se dijo anteriormente la pasarela solo requiere de una fuente de alimentación. La cual se muestra continuación: Load power supplies PS 305/PS 307 Sus características principales son: La fuente de alimentación recibe entre 110V/230V y entrega una salida de 24Vdc con corrientes desde 2 a 5Amperes. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 35 III.1.2.c Válvulas Controlada (posicionadores) Burkert Pocisionador neumático SIDEControl 8635 Figura 3.19 Vista de perspectiva del posicionador Profibus PA para válvulas Neumáticas. Posicionador digital con conexión Profibus apto para válvulas continúas de accionamiento neumático asociadas a actuadores de efecto simple lineales o de fracción de vuela. Cuenta con normas vigentes de seguridad intrínseca. Principio de funcionamiento Figura 3.20 Principio de funcionamiento del posicionador. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 36 Conexionado posicionador Acá se muestra la disposición del cableado para Profibus PA. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 37 III.1.2.d Transmisor de Flujo Volumétrico Sensor de flujo de gas Endress+Hauser Proline t-mass 65F Sensor de flujo másico de altas prestaciones, con perdidas despreciables y con la una capacidad de acoplamiento elevada. La serie Proline t-mass 65 de Endress+Hauser con compensación dinámica de la temperatura proporciona una lata efectividad en condiciones duras de servicio. El caudal mide directamente caudal másico y puede aportar la temperatura del gas como segunda salida. El caudal volumétrico normalizado puede calcularse también utilizando valores de referencia. Estándares internacionales al día. Algunas características Sensor bridado t-mass 65F Conexiones a proceso DN 15…100 (PN16, PN40, 10K JIS, 20K JIS), ½”…4” ANSI Cl.150, Cl. 300 (Sch. 40, 80) Presión de proceso -0.5…40 bar relativa Temperatura de proceso -40…+100 °C Conexionado flujo de gas Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 38 Figura 3.22 Conexionado para integración con el bus Profibus PA Sensor de flujo de líquido Endress+Hauser Deltatop DO62C Realiza medición de presión diferencial en fluidos mediante orificios y presiones universales. Los diámetros nominales DN comprendidos van desde 3/8” a 40”. Resistencia para altas temperaturas y ambientes corrosivos. Certificaciones internacionales al día. Nota: El conexionado es similar al medidor de flujo de gas, debido a que estamos hablando del mismo fabricante, Se puede corroborar en manuales Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 39 III.1.2.e Sensor Transmisor de Temperatura Endress+Hauser iTEM- TMT162 Es un versátil transmisor de temperatura cuyas características son su flexibilidad en la entrada, 2 RTD, TC, Ohm, mV. Esto permite poder utilizar este transmisor reutilizando la RTD de la planta. Cumple con normas internacionales. Algunas características Mediciones Principales entrada 2 x RTD, TC, Ohm, mV salida PROFIBUS PA Fuente de alimentación auxiliar PROFIBUS PA: 9…32 VDC Ex ia: 10,5…24 V DC Comunicación PROFIBUS PA Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 40 Conexionado temperatura Conexión del RTD Figura 3.23 Conexión del sensor de temperatura. Es importante destacar que el sensor de temperatura está alejado del indicador-transmisor. Figura 3.24 Configuración para profibus PA Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 41 III.1.2.f Transmisor de Concentración III.1.2.g Transmisor de Caudal Másico III.1.2.h Transmisor de Presión (kg/cm 2 ) III.1.2.i Sensor Transmisor ORP YOKOGAWA PH202G Cuenta con 2 hilos (alimentado por lazo) además el transmisor se encuentra en un maletín robusto con norma IP65. Especial para el trabajo en áreas peligrosas Características_relevantes: Universal de pH / ORP, dos entradas de alta impedancia, Profibus PA, Intrínsecamente seguro, aprobaciones correspondiente al día. Conexionado orp Figura 3.25 Cableado para ingreso a bus profibus PA Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 42 Figura 3.26 Cableado para Sensores de ORP al Transmisor Figura 3.27 Conexionado al bus desde Indicador-transmisor de ORP, notar que se conecta como alimentación, por ser un bus con cables energizados. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 43 III.1.2.j Sensor Transmisor de Nivel Endress+Hauser Prosonic M FMU44 Se trata de un sensor de nivel ultrasónico de altas prestaciones y con seguridad intrínseca, además es posible su protección contra corrosión, con una capacidad de hasta 20metros, además de estar disponible para Profibus PA. Conexionado nivel Figura 3.28 Principio de medición. Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 44 Figura 3.29 Principio de instalación y Configuración del dispositivo Figura 3.30 Bornes de Conexionado Profibus PA Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 45 III.1.2.k Software para Programación y Sistema operativo PLC Rockwell-Automation 1756-L61 ControlLogix Control System. RSLogix 5000: Controla el acceso al PLC, y permite configurar sus parámetros y programar las tareas en diversos lenguajes de programación, en nuestro caso Texto Estructurado. RSLinx: Controla acceso a los módulos del PLC y permite una configuración más específica de la red, útil para HMI y otras aplicaciones. Instrumento Software / Controlador Panel View Plus 1000 FactoryTalk View ME: ViewPoint Web Server ProSoft MVI56-PDPMV1 RSLogix 5000, especificado previamente. RSLinx, especificado previamente. ComDTM: Para la configuración del modulo y la instalación de los ficheros GSD. Acoplador DP/PA SIEMENS DP/PA FDC157-0 COM PROFIBUS: configuración de pasarela DP/PA mediante ficheros GSD Sensores y actuadores: Sensores de nivel Endress+Hauser Prosonic M FMU44 Configuración mediante paquete ToF Tool Field Tool y FXA193 Sensor de potencial de Oxido Reducción: YOKOGAWA PH202G Comunicación mediante Soporte EXA. Sensor de flujo de gas Endress+Hauser Proline t-mass 65F Configuración mediante paquete ToF Tool Field Tool y FXA193 Sensor de flujo de liquido Endress+Hauser Deltatop DO62C Configuración mediante paquete ToF Tool Field Tool y FXA193 Sensor de temperatura Endress+Hauser iTEM- TMT162 Configuración mediante paquete ToF Tool Field Tool y FXA193 Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 46 III.1.3. Circuito de fuerza Para la distribución de los circuitos, tableros y lógica de fuerza para el accionamiento de las bombas se dispuso un sistema de partid estrella delta descrito a continuación. Tabla 3.1: Descripción Lógica de control Circuito de fuerza Componente 1 Botonera de partida 1 Botonera de parada 1 Botonera de emergencia 1 Contactor Principal 1 Contactor estrella 1 Contactor delta 1 Luz Verde 1 Luz Roja 1 Luz Amarilla Variables de entrada X0 Partida E NC X1 Parada C1 NO X2 Emergencia C2 NO X3 Térmico C3 NO X4 Estado contactor principal P NO X5 Estado contactor estrella S NC X6 Estado contactor delta T NC Variables de salida Y0 Contactor Principal Y1 Contactor estrella Y2 Contactor delta Y3 Luz Verde Y4 Luz Roja Y5 Luz Amarilla Y6 Térmico Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 47 Figura 3.31 Circuito de Control tablero de fuerza Figura 3.32 Circuito de Fuerza partida motores Mimo - Automation Planta hipoclorito de sodio OXY Informe Ingeniería Detalle | Migración Sistema OXY 48 Figura 3.30 Bornes de Conexionado Profibus PA IV. INGENIERÍA DE DETALLE IV.1 Planos funcionales. Ver Anexo 1 IV.2 Planos de conexionado. Ver Anexo 2 IV.3 Planos instalación y montaje. Ver Anexo 3 IV.4 Planos de construcción. IV.5 Manual puesta en servicio.