Especificación del Sistema de Control Distribuido

Se va a especificar un sistema de control de la marca Honeywell modelo HC900 ya que es un sistema común en la industria petrolera y además de que es muy económico a comparación de otros sistemas. Está diseñado para controlar plantas piloto o procesos con pocas señales de entradas y salidas. Primero se comienza con la especificación del rack o bastidor. Para ello se realiza un conteo de entradas y salidas (Tabla No. 1)

Entradas Analógicas

Entradas de termopar k Entradas de 4 – 20 mA Entradas de 0 – 5 V

TE – 201 PT – 701 FC – 101 TE – 202 LT – 601 TE – 203 TE – 401 TE – 402 TE – 403 TE – 405 TE – 406 TE – 407 TE – 601 TE – 602 TE – 603 12 2 1

TOTAL = 15 salidas analógicas

En este caso no se cuenta con señales discretas, es por ello, que se está especificando un sistema de control distribuido debido a que abunda el control regulatorio para el control y automatización de la planta piloto.

Salidas Analógicas

Salidas de 4 – 20 mA Salidas de 0 – 20 mA

PY – 701 SPBROOKS LY – 601

2 1

TOTAL = 3 salidas Analógicas

Tabla No. 2 Salidas analógicas

Salidas de 120 VAC (TPO)

TY – 201 TY – 202 TY – 203 TY – 401 TY – 402 TY – 601 TY – 602

TOTAL = 7 salidas de 120 VAC

Ya que se tienen contabilizadas las señales se tiene que determinar el número de tarjetas que se van a insertar en el rack del sistema de control.

En la tabla No. 4 se muestran los canales que ofrece Honeywell por cada tipo de tarjeta.

Además, se observa en el conteo de señales que se tienen tres tipos de entradas analógicas y dos tipos de salidas analógicas por lo que las tarjetas de entradas y salidas analógicas serán universales ya que como la planta es pequeña no se justifica tener una tarjeta por cada tipo de señal por que ocuparía más espacio en el tablero y el costo del sistema se incrementaría.

Tipo de tarjeta Canales por tarjeta E/S necesarias Tarjetas necesarias

Entradas analógicas universales 8 15 2 Salidas analógicas universales 4 3 1

Salidas digitales tipo relevador (120 VAC)

8 7 1

Total de tarjetas necesarias = 4

Tabla No. 4 Tarjetas del controlador HC900

El fabricante especifica que si el número de tarjetas necesarias es mayor o igual a doce se requiere ocupar más de un rack, pero en este caso como solamente se requieren cuatro tarjetas sólo se ocupara un rack.

En el catálogo del fabricante se especifica que si se van a ocupar de una a cuatro tarjetas de entradas y salidas el modelo del rack a ordenar es: 900R04 – 0001.

La siguiente tarjeta a especificar es la fuente de alimentación del rack, para lo cual calcular la corriente que consumen cada una de las tarjetas que componen al sistema de control.

En la tabla No. 5 se muestran los tipos de tarjeta que se van a emplear y la corriente que consume cada una de ellas. Se hará una suma total de corriente y de esta manera con ayuda del catálogo del fabricante se elegirá la fuente de alimentación para el sistema de control.

Tipo de tarjeta Cantidad Max. Corriente (mA)

CPU 1 600

Entradas analógicas (8 canales) 2 40 Salidas analógicas (4 canales) 1 40 Salidas digitales tipo relevador (8 canales) 1 140

Total = 820

Tabla No. 5 Tipos de tarjeta

La carga que tiene que alimentar la fuente es: 820 mA X 5 V = 4.1 W

El fabricante recomienda una fuente de alimentación con capacidad para alimentar una carga máxima de 28 W. El modelo de la fuente es: 900P02 – 0001.

Ahora se especifica la CPU del sistema. El total de lazos de control PID que se van a configurar es de 9 lazos y además se requiere el software de programación del sistema el cual es el Hybrid Control Designer, por lo que de acuerdo al catálogo, el modelo de CPU que le corresponde a esta aplicación es el:

900C51-0020.

El modelo de cada una de las tarjetas de entradas y salidas de acuerdo al catálogo del fabricante son:

Tipo de tarjeta No. de Canales Tarjetas necesarias Modelo Entradas analógicas (universales) 8 2 900A01-0002 Salidas analógicas (universales) 4 1 900B01-0001

Salidas digitales (tipo relevador)

8 1 900H01-0001

Tabla No. 6 Modelos de las tarjetas del HC900

Ahora se especifican los tipos de bloques terminales para conectar las señales de entradas y salidas a las tarjetas. Existen dos tipos, el europeo y el tipo barrera. En la Fig. 5 se muestran ambos.

Figura 5. Tipos de bloques terminales

Se elige el tipo barrera ya que los técnicos instrumentistas del I.M.P. están acostumbrados a usar este tipo de bloque terminal ya que los sistemas de control de las plantas piloto cuentan con este tipo de bloques.

El modelo que le corresponde a este tipo de bloque terminal para las tarjetas de entradas y salidas analógicas es: 900TBK/0001 y el modelo para la tarjeta de salida digital tipo relevador es: 900TBR/0001.

Finalmente el software de programación y la CPU del sistema se tienen que comunicar, una forma de comunicarlas es utilizar el puerto RS 232 de la CPU del

sistema de control. Para ello el fabricante nos ofrece el cable de comunicación el cual tiene el siguiente modelo: 51404755-501. En la Fig. 6 se muestra un esquema de como se comunicarían la CPU del sistema de control con el programador.

Figura 6. Esquema de comunicación

Cabe destacar que el fabricante ofrece un panel view con la compra de un HC900. Este panel view no es más que una interfaz gráfica sencilla que se comunica con el sistema de control mediante una interfaz de comunicación RS485 y requiere de una fuente de alimentación externa de 24 VDC.

El panel view no ofrece gráficos dinámicos que uno pueda dibujar, en realidad lo que ofrece son diferentes pantallas preconfiguradas para visualizar tendencias, valores de las variables de proceso, monitorear lazos de control, modificar los parámetros de sintonía, entre otras funciones básicas. Una de sus desventajas es que el respaldo de algunas tendencias o información de la interfaz grafica se realiza mediante un disco de 3 y media el cual su uso es casi obsoleto.

Como se necesita esta interfaz grafica, se obtiene del catálogo el siguiente modelo para incluir el panel view en nuestro sistema de control distribuido:

51/51/16/77.

Por lo que la arquitectura de control propuesta para la automatización de la planta piloto se muestra en la Fig. 7:

Figura 7. Arquitectura de control

Como se puede ver en la Fig. 7 se tiene una PC con el Hybrid Control Designer instalado para programar el programa de usuario que se va a almacenar en la CPU del sistema de control (Honeywell HC900), la PC se comunica con la CPU del sistema mediante una interfaz de comunicación RS232. Luego mediante una interfaz RS485 de comunica el sistema de control con el Panel view configurado también desde el Hybrid Control Designer. El sistema de control y el panel view van a estar instalados en un gabinete el cual además va a alojar a tres fuentes de alimentación (una de 24 VDC para el panel view, otra de 24 VDC para el circuito de 4 – 20 mA de los transmisores y una de ± 15 V para el controlador de flujo brooks.), 7 relevadores de control y 1 de reserva, 3 interruptores generales para la alimentación de 220 VAC, 1 interruptor general para la alimentación de 120 VAC , 1 interruptor general de reserva, 7 clemas fusible para las resistencias de control y una de reserva, de acuerdo a la ingeniería básica se requieren 30 clemas sencillas y tres tramos de 1 metro de riel DIN. En general la lista de materiales que se requieren para instalar el sistema de control distribuido es:

Cantidad Descripción No. de especificación 1 Rack 900R04 – 0001 1 Fuente de alimentación 900P02 – 0001 1 CPU 900C51-0020 3 Bloque terminal 900TBK/0001 1 Bloque terminal 900TBR/0001 2 Tarjeta de entradas analógicas

universales

900A01-0002

1 Tarjeta de salidas analógicas universales

900B01-0001

1 Tarjeta de salidas digitales tipo relevador

900H01-0001

1 Cable de comunicación 51404755-501 1 Panel View 51/51/16/77

Tabla No. 7 Lista de materiales