CAPÍTULO 3. DISEÑO DE LA RED
3.4. Análisis de costo de la red
Item Descripción Cantidad Costo/Unidad Costo Total 1 Sensor/Transmisor de nivel BM 100 A
Tipo D (para Balas)
15 $ 2,050.00 $ 30,750.00 2 Sensor/Transmisor de nivel BM 100 A
Tipo B (para esferas)
4 $ 2,750.00 $ 11,000.00 3 Sensor/Transmisor de Presión LD292 M4 19 $ 2,090.00 $ 39,710.00 4 Válvula de mariposa de cierre rápido
(90º) de 3 pulgadas, con BUSwitch
incluido.
MODELO: 3.00 BX2W3811S9Z9Z; B100DA.
19 $ 2,800.00 $ 53,200.00
5 Válvula de mariposa de cierre rápido (90º) de 8 pulgadas, con BUSwitch
incluido.
MODELO: 8.00 BX2W3811S9Z9Z, B150DA
19 $ 4,275.00 $ 81,225.00
6 Sensor de Temperatura PT-100 19 $ 730.00 $ 13,870.00
7 Interruptor de Presión (presostato). Marca ASHCROFT
19 $ 410.00 $ 7,790.00
8 Interruptor de Nivel (nivelostato)
Marca KROHNE
19 $ 1,050.00 $ 19,950.00 9 Manómetro para uso en procesos.
Marca ASHCROFT
19 $ 95.00 $ 1,805.00 10 Rack de conexiones de cuatro slots para
Gateway DFI302 (DF1).
6 $ 260.00 $ 1,560.00 11 Terminador para último rack del
Gateway DFI302. (DF2).
4 $ 4.00 $ 16.00 12 Terminador de bus de campo BT302 25 $ 63.00 $ 1,575.00
Item Descripción Cantidad Costo/Unidad Costo Total 13 Flat Cable para interconectar dos racks
del Gateway DFI302 (DF3).
2 $ 28.00 $ 56.00 14 Módulo Fuente de Alimentación para
rack (DF50).
4 $ 550.00 $ 2,200.00 15 Módulo Procesador (DF51). 4 $ 4,095.00 $ 16,380.00 16 Módulo Fuente de Alimentación para bus
de campo FF (DF52).
10 $ 695.00 $ 6,950.00 17 Módulo Fuente de Impedancia para bus
de campo FF (DF53).
4 $ 695.00 $ 2,780.00 18 Barrera de Seguridad Intrínseca DF47 19 $ 1,395.00 $ 26,505.00 19 Módulo Interfaz RS-232/RS-485 (DF58). 2 $ 425.00 $ 850.00 20 Sistema Modular Remoto de
Entrada/Salida I.S.-1 con protocolo
Modbus. Marca Stahl
4 $ 6,500.00 $ 26,000.00
21 Caja de distribución eléctrica a prueba de explosión de 1 entrada y 5 salidas (Serie 8118). Marca Stahl.
4 $ 190.00 $ 760.00
22 Caja de conexión para bus de campo con protección contra cortocircuito (Serie Megablock FCS-MB2-SG). Marca Relcom.
80 $ 154.40 $ 12,352.00
23 Cable Multipar Trenzado Apantallado Armado, 5 pares trenzados de cobre Tipo A (AWG 18) apantallados.
650 m $ 2.25 $ 1,462.50
24 Cable Simple Par Trenzado Apantallado Armado Tipo A (AWG 18)
2600 m $ 0.68 $ 1,768.00
25 Cable Simple Par Trenzado Apantallado Tipo A (AWG 18).
Item Descripción Cantidad Costo/Unidad Costo Total 26 Cable de control 3 hilos de cobre
trenzados Tipo A (AWG 18), aislamiento y envoltura PVC. (Cable para conexión de PT-100)
770 m $ 0.63 $ 485.10
27 Estación de Operación para Supervisión 1 $ 1,875.00 $ 1,875.00 28 Estación de Ingeniería para
Configuración y Parametrización.
1 $ 1,875.00 $ 1,875.00 29 Switch Simatic Net de 8 puertos 10/100
Mbps, con facilidades de gestión de red.
2 $ 1,094.00 $ 2,188.00
Todos los precios están expresados en Dólares Estadounidenses (USD). En este análisis se ha tenido en cuenta la redundancia en los master y switch.
No se ha hecho referencia a los rieles DIN en este análisis pues la Refinería de Petróleo “Camilo Cienfuegos” garantiza los mismos, así como tuberías eléctricas, por donde deben ir los cables de la Sala de Control hasta el campo.
CONCLUSIONES.
Respetando y teniendo en cuenta las características de la Base de Almacenamiento de la Planta de GLP de la Refinería de Petróleo “Camilo Cienfuegos”, el diseño de red
Foundation Fieldbus presentado, en el cual se ha utilizado equipamiento de alta calidad,
garantiza la transmisión de todas las variables de proceso y señales de control que requiere el sistema supervisor de la Base de Almacenamiento de la Planta de GLP, asegurando así el control del proceso que en la instalación se lleva a cabo, con altos niveles de seguridad y eficiencia.
Evidenciándose además las ventajas y comodidades que representan los buses de campo, particularmente Foundation Fieldbus, en el diseño de redes industriales para el control de
RECOMENDACIONES.
Como este trabajo de diploma no cubre el diseño de la red industrial de toda la Planta de GLP de la Refinería de Petróleo “Camilo Cienfuegos”, sería de gran utilidad continuar trabajando en el diseño de redes industriales para las demás instalaciones que conforman la Planta de GLP, así como continuar el estudio y actualización en lo referente a los buses de campo, ya que juegan un papel importantísimo en aplicaciones de control de procesos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
1. Foundation Fieldbus (2004). “Foundation Fieldbus Application Guide. 31.25 Kbit/s Intrinsically Safe Systems. Revision 2.0”.
2. Foundation Fieldbus (1996). “Foundation Fieldbus Application Guide. 31.25 Kbit/s Intrinsically Safe Systems. AG-163 Revision 1.0”.
3. Foundation Fieldbus (Diciembre de 2002). “Foundation Fieldbus Application Guide. Function Block Capabilities in Hybrid/Batch Applications”.
4. Foundation Fieldbus (Diciembre de 2003). “System Engineering Guidelines. Revision 1.0”.
5. Foundation Fieldbus (2003). “Foundation Fieldbus Technical Overview. Revision 3.0” 6. Fieldbus Inc (Junio de 2001). “The Foundation Fieldbus Primer. Revision 1.1”.
7. Foundation Fieldbus (). “Foundation Fieldbus Application Guide. 31.25 Kbit/s Wiring and Installation. Revision 1.0”
8. KROHNE (Junio de 2003). “Reflex-Radar BM 100 A. The Universal TDR lever gauge for liquids, solids and interface.”
9. RELCOM Inc (). “Fieldbus. Wiring Design an Installation Guide”. 10.RELCOM Inc (2004). “Fieldbus. “Wiring Guide”.
11.Smar (Marzo de 2002). “Fieldbus Reference Book.”.
12.Smar (Noviembre de 2003). “Fieldbus Universal Bridge DFI302. User’s Manual”
13.Smar (Febrero de 2002). “Foundation Fieldbus Gage Pressure Transmitter LD292. Operation & Maintenance Instruction Manual.”
14.Steve Vreeland & Tom Boyd (1999). “Redundancy Concepts in Foundation Fieldbus H1”.
ANEXOS
Anexo 1.
Bloques de Función Estándar: Bloques de Función Avanzados: AI - Analog Input Pulse Input
AO - Analog Output Complex AO BG - Bias/Gain Complex DO CS - Control Selector Step Output PID DI - Discrete Input Device Control (DC)
DO - Discrete Output Setpoint Ramp Generator (SRG) ML - Manual Loader Output Splitter (OS)
PD - Proportional/Derivative Control Input Selector (IS)
PID - Proportional/Integral/Derivative Control Signal Characterizer (SC) RA - Ratio Dead Time (DT)
Calculate Lead/Lag (LL) Boques de Función Adicionales: Arithmetic (AR) Integrator (IT) MAI - Multiple Analog Input Timer (TMR)
MAO - Multiple Analog Output Analog Alarm (AAL) MDI - Multiple Discrete Input Discrete Alarm
MDO - Multiple Discrete Output Analog Human Interface (AHI) Discrete Human Interface (DHI)
Anexo 2.
CD: Compel Data
LAS: Link Active Scheduler
El orden en que son generados los mensajes Compel Data no tiene nada que ver con el orden en que aparezcan los dispositivos en el bus de campo, sino con las exigencias de la aplicación.
Anexo 3.
LAS: Link Active Scheduler.
La topología Daisy Chain no es recomendable pues no se puede adicionar o quitar un
dispositivo en la red sin interrumpir el servicio de otros dispositivos.
T: Terminador de Bus.
(A), (B), (C), (D): Dispositivos de Campo.
Consideremos una señal cuyo nivel es 0.75 V pico-pico, si tomáramos 1.0 V pico-pico para la señal se seguirían los mismos pasos, para este análisis se toma 0.75 V pico-pico pues para este valor tendremos el peor caso. Supongamos que la señal es recibida con un nivel de 0.15 V pico-pico, indicador esto de que la señal se vio atenuada mientras viajaba por el bus de campo.
Atenuación = 20 Log (0.75/0.15) = 13.979 dB ≈ 14 dB.
Estos 14 dB representan la máxima atenuación que puede sufrir la señal mientras viaja por el medio de transmisión
Supongamos que se está utilizando Cable Tipo A, cuya atenuación es de 3 dB/km, entonces con este cable bajo condiciones ideales se podrían alcanzar distancias de hasta:
14 dB / (3 dB/km) = 4.66 km.
Esta distancia es poco probable que se pueda alcanzar pues en un medio de transmisión no solo la señal se ve afectada por la atenuación debida al propio medio, existen diversos factores que influyen en la degradación de una señal, y es precisamente previendo la presencia de estos factores que la máxima distancia posible que se puede alcanzar con un Cable Tipo A está normada a 1900 metros.
Para un Cable Tipo B cuya atenuación es de 5 dB/km la máxima distancia bajo condiciones ideales sería:
14 dB / (5 dB/km) = 2.8 km
siendo normada la misma a 1200 metros previendo la presencia de otros factores que pudieran degradar la señal.
Este mismo análisis pudiera realizarse para los Cables Tipo C y D, pero los resultados son obvios.
Numero Total de Dispositivos 1 Dispositivo por Rama 2 Dispositivos por Rama 3 Dispositivos por Rama 4 Dispositivos por Rama 1-12 120 m 90 m 60 m 30 m 13-14 90 m 60 m 30 m 1 m 15-18 60 m 30 m 1 m 1 m 19-24 30 m 1 m 1 m 1 m 25-32 1 m 1 m 1 m 1 m
La tabla en su segunda columna asume para el total de dispositivos de campo especificados un dispositivo por ramificación, y la longitud expresada en dicha columna es la máxima longitud permitida para las ramificaciones cuando el número de dispositivos de campo en todo el segmento de red es el especificado. Ahora, si el número de dispositivos en una rama aumenta, para el mismo número total de dispositivos, la longitud máxima de dicha rama se vera disminuida en 30 m por cada dispositivo extra que se conecte a la misma.
T: Terminador de bus Foundation Fieldbus. FF: Foundation Fieldbus.
Cada uno de los segmentos de bus de campo presentes en la figura (5 segmentos) pudiera tener la máxima longitud que permita el tipo de cable que se esté utilizando para el cableado de la red. En la figura faltan dos terminadores, uno para cada uno de los segmentos extremos, que no se muestran para evitar complicaciones, pero en la práctica si deben tenerse en cuenta. Los terminadores son conectados en paralelo a los dispositivos de campo y al repetidor.
Anexo 13.
IEC & CENELEC NEC (USA & CANADA)
Zona 0:
Mezclas de aire y gas explosivo siempre presente o presente durante largos periodos de tiempo. Entiéndanse más de 1000 h/a.
Zona 1:
Mezclas de aire y gas explosivo tienen una alta probabilidad de ocurrencia en condiciones de operación normal. Entiéndanse 10-1000 h/a.
División 1:
Concentraciones peligrosas de gas o vapores inflamables – o polvos combustibles en suspensión – están continua, intermitente o periódicamente presentes bajo condiciones normales de operación
Zona 2:
Mezclas de aire y gas explosivo tienen poca probabilidad de ocurrencia, y de ocurrir, existirán por un periodo de tiempo muy corto. Entiéndanse menos de 10 h/a.
División 2:
Líquidos volátiles inflamables o gases inflamables están siempre presentes pero en contenedores herméticamente cerrados o sistemas en los cuales solo bajo condiciones de operación anormales o condiciones de falla los mismos pudieran escapar.
Anexo 14.
IEC & CENELEC NEC (USA & CANADA) Industrias en la superficie. Industrias en la superficie Grupo II C: Acetileno.
Grupo II C: Hidrogeno. Grupo II B: Etileno. Grupo II A: Propano.
Clase I, Grupo A: Acetileno. Clase I, Grupo B: Hidrogeno. Clase I, Grupo C: Etileno. Clase I, Grupo D: Propano.
Clase II, Grupo E: Polvos Metálicos. Clase II, Grupo F: Carbón en polvo. Clase II, Grupo G: Harina, Almidón y Granos.
Clase III: Fibras.
Polvos. Metálicos
Carbón en polvo.
Harina, Almidón y Granos. Fibras.
Industria Minera. Industria Minera.
Grupo I: Metano. Sin clasificación: Metano.
T1 450 °C T2 300 °C T3 200 °C T4 135 °C T5 100 °C T6 85 °C
Casi todos los gases quedan cubiertos por la clasificación de temperaturas T4.
FF: Foundation Fieldbus D: Dispositivo de Campo T: Terminador de Bus
Conexión de Racks no adyacentes:
Detalle de conexión del cable de Señal de Tierra:
Conexión de Racks adyacentes:
Cable DF59:
Asignación de pines del conector RJ-12:
Número del Pin Descripción
1 Conectado al pin 6. 2 No se usa.
3 RxD: señal de entrada RS-232 = Recepción. 4 TxD: señal de salida RS-232 = Transmisión. 5 GND: señal de tierra RS-232.
6 Conectado al pin 1.
Esquema de conexión de pines en el Cable DF59: