Página 1 MÉXIC O D .F. 2013
I NSTI TUTO POLI TÉCNI CO NACI ONAL
E S C U E LA S U P E R IO R D E IN G E N IE R ÍA ME C Á N IC A Y E LÉ C T R IC A
TESIS COLECTIVA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
P R E S E N T A N :
“SISTEMA DE CONTROL PARA UNA CALDERA USADA EN UNA HARINERA”
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
EDUARDO ORTIZ BARON
VICENTE JOSÉ GERARDO ARBESU GARCIA
DR. FLORIBERTO ORTIZ RODRÍGUEZ ING. CARLOS BARROETA ZAMUDIO
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Minatitlán, Ver., a 15 de mayo de 2013
CARTA DE AGRADECIMIENTO
Por medio de la presente quisiera externar mi
profundo agradecimiento hacia mi alma mater por
las atenciones y facilidades recibidas para obtener
el título profesional que avala la terminación de
Mis estudios como ingeniero en Comunicaciones y
Electrónica en la escuela Superior de ingeniería
Mecánica y Eléctrica.
Ahora me encuentro comprometido a seguir con
entusiasmo y conocimiento a desarrollar bienestar
a la comunidad que me apoyó.
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A MIS PADRES POR SU EJEMPLO Y
GENEROSIDAD.
A MI ESPOSA PATRICIA POR SU APOYO
INCONDICIONAL.
A MIS HIJAS MARINA, DANIELA Y ANDREA
POR SER MI INSPIRACION.
A MI ESCUELA, PROFESORES Y
COMPAÑEROS.
AL AMIGO QUE ME MOTIVO Y ASESORÓ,
INGENIERO
CARLOS BARROETA ZAMUDIO.
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“SISTEMA DE CONTROL PARA UNA CALDERA PARA
UNA HARINERA”
Objetivo:
PROPONER Y DESARROLLARUN SISTEMA DE CONTROL PARA EL ARRANQUE Y OPERACIÓN DE UNA CALDERA CONSIDERANDO LAS NORMAS DE SEGURIDAD PARA SU ÓPTIMA OPERACIÓN
C. EDUARDO ORTIZ BARON
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ÍNDICE:
-INTRODUCCIÓN
- CONSIDERACIONES DE LA CALDERA
- MARCO TEÓRICO
- CONTROL USANDO PLC’S
- SIMULACIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS
- CONCLUSIONES
BIBLIOBRAFIA
GLOSARIO DE TÉRMINOS
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Contenido
Introducción ... 6
Control manual con sistemas de comprobación de flama ... 7
Control manual supervisado ... 7
Control automático de secuencia ... 10
Operación de quemadores sin supervisión del operador ... 10
REQUERIMEINTOS DE LA ACTUALIZACIÓN DE SISTEMA DE PROTECCIÓN, ENCENDIDO Y CONTROL DE LA CALDERA ... 11
Regulación del exceso de aire ... 13
Ajuste de oxigeno ... 13
Modulación de quemadores ... 13
Límites cruzados de Aire-combustible ... 14
Control de nivel del domo de la caldera ... 14
Programación de la demanda de carga ... 15
Componentes básicos de protección, encendido y control requeridos en los quemadores ... 15
Fundamentos normativos de los sistemas de protección, encendido y control para calderas .... 17
Controladores lógicos programables ... 20
SISTEMA DE PROTECCION Y ENCENDIDO PROPUESTO PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA ... 28
CARACTERISTICAS DEL SISTEMA DE PROTECCION Y ENCENDIO PROPUESTO ... 30
SISTEMAS PRINCIPALES Y SECUENCIA DE OPERACIÓN PROPUESTOS... 33
SISTEMAS DE CONTROL PROPUESTO PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA ... 33
1.SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN PROPUESTO ... 34
2. SISTEMAS DE CONTROL DE AGUA DE ALIMENTACION PROPUESTO ... 40
3. SISTEMA DE CONTROL DE PRESION DIFERENCIAL VAPOR ATOMIZACION Y ACEITE PROPUESTO ... 41
4. SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA AIRE ENTRADA AL PRECALENTADOR ... 42
5. SISTEMA DE CONTROL DE CABEZAL DE COMBUSTÓLEO PROPUESTO ... 43
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Introducción
La revolución Industrial fue un periodo histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX, en el que Gran Bretaña en primer lugar y el resto de Europa continental después, viven el mayor conjunto de transformaciones socioeconómicas, tecnológicas y culturales de la historia de la humanidad.
La economía basada en el trabajo artesanal fue reemplazada por otra dominada por la industria y la manufactura. La revolución comenzó con la mecanización de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro.
La máquina de vapor fue una de las innovaciones tecnológicas más importantes. La producción y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria en las dos primeras décadas del siglo XIX facilitó la manufactura en otras industrias e incrementó también su producción.
En México el sector industrial ha sido un elemento crucial para el desarrollo económico del país debido al impacto que puede tener en los niveles de empleo, inversión y por ende en el crecimiento de la economía.
En el 2012, el sector industrial en México tuvo una contribución al PIB del 3.1% y fue responsable de la generación del 2.4% de los empleos de la población ocupada.
También es evidente que como país nos hemos rezagado en el contexto mundial en la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías. Como empresarios, estamos obligados a eficientar nuestros procesos industriales a través de la preparación, talento e imaginación de las nuevas generaciones de profesionales.
Todos los sistemas de protección, encendido y control para calderas están constituidos básicamente por dos procesos, los cuales son: detectores de flama y una lógica de operación.
Página 9 Las categorías para el diseño de los sistemas de protección, encendido y control, generalmente se puede dividir en:
a. Control manual
b. Control manual con sistemas de comprobación de flama
c. Control remoto de secuencias manual
d. Control automático de secuencia
e. Operación de quemadores sin supervisión del operador
Este concepto se aplica eventualmente en condiciones extremas de operación cuando es necesario operar manualmente todo el equipo.
Control manual con sistemas de comprobación de flama
Se refiere a la aplicación de un control semiautomático de encendido del piloto incluyendo la comprobación de flama y un sistema para entrelazar el pre-encendido, la purga y el permiso para encender el quemador principal
Control manual supervisado
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Control automático de secuencia
La automatización del control de secuencia permite el arranque del equipo de quemado de combustibles al oprimir un botón. La automatización reemplaza al operador en el control de las secuencias de operación.
El operador participa y monitorea con su inteligencia la secuencia de operación indicada por las luces y señales de instrumentación desde el inicio de los procedimientos del proceso.
Operación de quemadores sin supervisión del operador
Comúnmente llamado “fuel management”.
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REQUERIMEINTOS DE LA ACTUALIZACIÓN DE SISTEMA DE
PROTECCIÓN, ENCENDIDO Y CONTROL DE LA CALDERA DE
TUBOS REFLEJANTES
El motivo del proyecto de actualización del sistema de protección, encendido y control de la caldera de tubos reflejantes, proceso necesario en la producción de harinas, el cual se ha incrementado rápidamente, siendo fundamental el producir vapor seco en la producción de harinas.
Es necesario incrementar la capacidad de los recursos e insumos necesarios en la generación de harinas, y eso incluye el incremento del uso de vapor requerido por el proceso de transformación en las panificadoras.
Este incremento de producción de vapor, incluye el suministro más consistente y de forma más constante.
El proceso requiere que el suministro de vapor sea constante en volumen, presión, y que la respuesta al aumento y disminución de la carga, sea rápida y efectiva.
En resumen, podemos exponer que los problemas actuales de la caldera, que están presentes en varios de sus sistemas de control, principales recaen en los siguientes 7 sistemas:
1. Regulación del de aire
2. Ajuste de oxigeno
3. Modulación de los quemadores
4. Inexistencia de límites cruzados en aire-combustible
5. Control de nivel del domo de la caldera
6. Programación de la demanda de carga
Página 12 Vista de una caldera de tubos radiantes
La caldera de tubos reflejantes opera ineficientemente y sin seguridad adecuada y su repuesta a los cambios de carga son muy lentos.
Corte de un diagrama general de una caldera dr tubos radiantes
El sistema de manejo de los quemadores es muy difícil ó imposible de configurar de forma diferente cuando se requiere operar con fluctuaciones de carga.
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1. Regulación del exceso de aire
Se requiere, básicamente en poder obtener y retener el aire dentro de la caldera en un rango especifico que asegure una completa combustión y una pérdida reducida de calor generado.
La regulación del aire que se requiere, deberá de:
a. Mejorar los niveles actuales de transferencia de calor.
b. Proporcionar a los operadores en el cuarto de instrumentos, también llamado cuarto de control, señales de alarma anticipadas de una mezcla inapropiada de aire-combustible .
c. Ofrecer ahorros significativos en la utilización de los combustibles.
2. Ajuste de oxígeno
Se deberá de conocer la concentración de oxígeno a la salida de la caldera para poder, de ésta forma, hacer los ajustes de aire o combustible necesarios, y así, mejorar el control de combustión.
Adicionalmente el control y regulación de oxígeno deberá de permitir:
a. Un control más preciso del aire.
b. Una rápida recuperación al valor de ajuste, establecido por el operador después de presentarse disturbios de carga.
c. Un control muy preciso de emisiones contaminantes. d. Una fácil eliminación de monóxido de carbono.
3. Regulación de quemadores
Se deberá de tener el control automático para mejorar la operación de la caldera, monitoreo de la línea de vapor, para producir una señal continua de control que determine la cantidad de combustible a los quemadores.
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La regulación de los quemadores para el control de combustión
deberá de incluir lo siguiente:
a. Continuamente deberá de mantener la relación aire-combustible, en todo el rango de demanda de carga, en los niveles más eficientes. b. Deberá de tener muy poca tolerancia en el rango de salida de la
presión del vapor.
c. Mejorar la eficiencia actual de la caldera.
d. Reducir la temperatura promedio de gas, al mantener un control de presiones en el suministro de combustibles.
4. Límites cruzados de Aire-combustible
Tendrá que tener una estrategia de límites cruzados en el control de combustión, que asegure que, en ninguna condición, pueda haber una relación peligrosa de aire-combustible en el sistema.
Está característica siempre deberá de incrementar el flujo de aire antes de incrementar el flujo de combustible y siempre deberá de reducir el flujo de combustible antes de permitir que el flujo de aire decaiga.
Además que los límites cruzados para el control de combustión debe de ser altamente efectivo y deberá de poder:
a. Optimizar el consumo de combustible. b. Reducir el riesgo de explosión.
c. Poderse adaptar rápidamente a variaciones en el suministro de combustible y el aire.
d. Mejorar la satisfacción en la demanda de vapor.
5. Control de nivel del domo de la caldera
El control de nivel del domo de la caldera es de los más críticos, ya que, si se tuviera un muy bajo nivel, podría exponer a los tubos de la caldera a sobrecalentamientos, dañándolos de forma irreversible.
Página 15 El control de nivel y vapor deberán de corregir los disturbios producidos por la variación de la carga de vapor, además de fugas en la caldera y tubos del sobrecalentador.
El flujo de agua de alimentación debe de responder rápidamente a las variaciones de la demanda de agua de alimentación que se tiene cuando el flujo de vapor tenga variaciones con señales de demanda mayor o menor variaciones de flujo y de presión de agua de alimentación.
Se necesita tener un control estable a lo largo de un gran rango en la demanda de vapor, por lo que se requiere de un control de tres elementos que actué durante la alta demanda de vapor, pero que pueda también trabajar como un control de dos elementos si la medición del flujo de vapor fallara o se perdiera.
6. Programación de la demanda de carga
Una de las metas principales de la operación de la caldera, debe asegurar que la presión del vapor sea constante para cualquier demanda de carga.
Esa característica de la caldera de poder modular el vapor a la carga variable de la demanda, será una de las más IMPORTANTES una vez que se haya realizado el encendido y la caracterización de la caldera con ambos combustibles, gas natural y combustóleo #6.
7. Componentes básicos de protección, encendido y control
requeridos en los quemadores
Además de los componentes mínimos, los otros que se instalen en los sistemas de la caldera deberán de cumplir lo estipulado en la NFPA, y el Código de Registros para Calderas y Sistemas de Combustión NFPA 85, por lo que no requieren ser enlistados, ya que basta con verificar las normas mencionadas.
Para el quemador de combustóleo #6 los requerimientos mínimos para controlar la seguridad y para los sistemas de suministro de vapor de atomización y combustóleo son:
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Una válvula de atomización para la recirculación de combustóleo, normalmente abierta
Una válvula de control de flujo de combustóleo
Un interruptor de baja temperatura de combustóleo
Un interruptor de alta temperatura de combustóleo
Un interlock de posición cerrada en la válvula de corte de seguridad
Una válvula de control diferencial para la atomización
Una válvula de corte para la atomización automática
Un medidor de combustóleo
Un interruptor de baja presión de atomización
Un interruptor con interlock de presión para la atomización
Un interruptor de baja presión
Un medidor de presión
Una válvula de corte manual
Un medidor de temperatura de combustóleo
Una malla para la atomización
Un interruptor de inicio de baja flama
Un orifico para medir el flujo en la atomización
Una válvula check
Un detector de flama
Un interlock de muy alta presión de vapor
Un corte por bajo de nivel de agua
Un interlock para el suministro de aire de combustión
Para el quemado de gas natural los requerimientos mínimos para controlar la seguridad y para los sistemas de suministro de combustible son:
Una válvula de corte de seguridad, normalmente cerrada
Una válvula de venteo, normalmente abierta
Una válvula de control de flujo de gas
Una interock de posición cerrada en la válvula de corte de seguridad
Una válvula reguladora de presión constante de gas
Una válvula de corte manual para la línea de venteo
Una conexión para probar fugas
Un medidor de gas
Un interruptor de presión alta de gas
Un interruptor de presión baja de gas
Un medidor de presión
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Un interruptor de encendido con baja flama
Un detector de flama
Un interlock de muy alta presión de vapor
Un corte por bajo nivel de agua
Un interlock para el suministro de aire de combustión
Para el quemado de gas natural en los pilotos, los requerimientos mínimos de sistema son:
Una válvula de corte de seguridad, normalmente cerrada
Una válvula de venteo, normalmente abierta
Una malla para gas
Una válvula reguladora de presión constante de gas
Un medidor de presión
Una válvula de corte manual
Fundamentos normativos de los sistemas de protección,
encendido y control para calderas
Para diseñar un sistema de protección, encendido y control de una caldera, se tienen que seguir los lineamientos establecidos y probados para la correcta protección y manejo de los siguientes sistemas:
Sistemas de combustibles
Sistema de agua
Sistema de aire
Sistema de vapor generado
Los sistemas de protección, encendido y control, basan su seguridad principal en la detección de flama para mantener las válvulas de suministro de combustibles abiertas, y protegen al sistema de encendido de posibles accidentes por condiciones fuera del rango de operación del equipo del proceso de combustión.
Las funciones de los sistemas de protección, encendido y control son:
a. Prevenir a la caldera de una posible explosión.
b. Prevenir a los quemadores y al equipo de combustible de alguna operación anormal.
Página 18 d. Proporcionar un método o secuencia de operación a ser usado en el
arranque, paro, operación y control del equipo de combustible. e. Monitorear la operación de la caldera.
Lineamientos y normas:
NFPA (National Fire Protection Association).
Códigos de registros para calderas y sistemas de combustión NFPA 85.
Esos lineamientos son los cubiertos en las siguientes secciones de esa norma y código:
Sistemas de protección y encendido
Controles de combustión
Controles de agua de alimentación
Controles de presión diferencial de vapor de atomización y de aceite
Controles de temperatura de aire de entrada al pre-calentador
Controles del cabezal de combustóleo
Requerimientos puntuales que el sistema de protección, encendido y control, deberá de contener para cumplir satisfactoriamente.
Los primeros requerimientos a cumplir son los fundamentos de los sistemas de combustión en calderas, en los que se basarán la lógica de la operación:
a. Establecer procedimientos de operación con una mínima cantidad de operaciones manuales.
b. Establecer procedimientos que resulten en una operación bien definida y controlada.
c. Proveer entre-enlazamientos (comúnmente llamadas interlocks por su nombre en inglés), en las señales de los sistemas, para asegurar secuencias apropiadas de operación y de interrupción, cuando las condiciones no sean correctas para el desarrollo apropiado de la operación.
d. Establecer procedimientos de purga y de arranque con los interlocks necesarios.
Página 19 II. Además también se piden, entre los requerimientos del equipo, los funcionales de sistemas de quemado de combustible, dentro de los cuales tenemos los de programa lógico siguientes:
a. Proveer medios para el arranque, operación y apagado del proceso de combustión, incluyendo aperturas de válvulas y configuraciones en los ensambles de componentes, para permitir su observación, medición, y control.
b. Incluir los siguientes subsistemas, como apliquen: manejadores de aire, manejadores de combustible, quemado principal de combustible, encendido del piloto, remoción y re-inyección de los productos de combustión.
c. Cada uno deberá de ser seleccionado e interconectado para alcanzar los requerimientos estipulados en el diseño y seguridad de la caldera.
d. Proveerse de válvulas de corte dedicadas para los cierres de seguridad, con alarmas de posición, interlocks, é instrumentación de control.
III. La lógica del sistema para el manejo de quemadores deberá de incluir los siguientes requerimientos generales.
a. Proveer salidas en una secuencia particular, en respuesta a, entradas externas y lógica interna.
b. Ser diseñado específicamente para la caldera, así que, una sola falla en ese sistema se realice la secuencia de apagado apropiado solo para esa caldera.
Además de que, deberá de contener los siguientes requerimientos específicos como un mínimo, asegurando que el sistema lógico para el manejo de quemadores, alcance lo estipulado en la NFPA:
1. Alarmas
2. Efectos de una falla 3. Diseño
4. Requerimientos para un control dedicado
5. Cerrado momentáneo de válvulas de combustible 6. Dispositivos del circuito
Página 20 Diagrama general de una caldera para poder monitorear todas sus variables en la pantalla de una computadora por medio de gráficos, para saber cómo se comporta en todo momento-
Página 21 Grafico de indicadores digitales del la supervisión del sistema de alimentación de agua conforme se accionen sensores indicadores de nivel así como los actuadores de apertura y cierre de suministro de este fluido para asegurar la seguridad en la caldera
8. Controladores lógicos programables
1. Alarmas.
Las alarmas deberán de ser generadas para indicar el mal funcionamiento, condiciones peligrosas, y una operación no adecuada de equipo.
2. Efectos de una falla.
El diseñador de la lógica deberá de evaluar todos los modos de falla de los componentes, y como mínimo, las siguientes fallas deberán de ser localizadas y analizadas:
a. Interrupciones, exclusiones, caídas, recuperación, sobrepasos y perdidas parciales de carga.
b. Corrupción y pérdida de la memoria.
c. Corrupción y pérdida en la transferencia de información. d. Entradas y salidas (con falla, sin falla).
Página 22 f. Falla en localizar errores.
g. Fallas de procesador.
h. Falla en la bobina del relevador.
i. Falla en el contacto del relevador (con falla y sin falla en la bobina).
3. Diseño
El diseño del sistema lógico para el manejo de quemadores deberá de incluir los siguientes requerimientos:
a. Los diagnósticos del monitoreo de la función lógica del procesador.
b. Que la falla del sistema lógico, no impida la intervención del operador.
c. Protección de la lógica contra cambios no autorizados.
d. Tampoco se le podrán hacer cambios a la lógica mientras el equipo que tenga asociado, esté en operación.
e. El tiempo de respuesta del sistema (desde la lectura de una señal hasta la respuesta del sistema), deberá de ser corto para prevenir efectos negativos sobre la aplicación.
f. La protección contra efectos de ruido deberá de prevenir a la caldera en contra de una falsa operación.
g. Ninguna sola falla de algún componente, dentro del sistema lógico, deberá de provocar un disparo maestro de combustible.
h. El operador de la caldera, deberá de tener uno ó varios interruptores manuales, que deberán de poder actuar al relevador del disparo maestro de combustible, directa é independientemente de la lógica que se esté procesando en ese momento.
Página 23 4. Requerimientos para un controlador dedicado
a. El sistema para el manejo del quemador deber de estar provisto con; una lógica, sistema de entradas, de salidas y fuentes de alimentación, independientes.
b. Las funciones de seguridad para el manejo del quemador deberá de incluir, sin estar limitadas a :
i. Interlocks de purga y tiempo
ii. Apagados de seguridad mandatarios
iii. Intentos por tiempo para el encendido del piloto iv. Monitoreo de la flama
c. El sistema lógico deberá de estar limitado a sólo una caldera por sistema.
d. El mismo tipo de hardware utilizado para los sistemas del manejo de quemadores, podrá ser utilizado en los otros sistemas lógicos.
e. Deberán de ser permitidas las vías de comunicación de datos entre el sistema de quemadores y los demás sistemas de la caldera.
f. Las señales para iniciar los disparos maestros de combustible, deberán de estar cableadas físicamente.
5. Cerrado momentáneo de válvulas de combustible
Las secuencias lógicas ó dispositivos que intenten causar un apagado de la caldera por seguridad, una vez inicializados, deberán de provocar un disparo del quemador ó del control maestro de combustibles, como sea aplicable.
6. Dispositivos del circuito
Página 24 7. Documentación
La documentación deberá de ser proporcionada al departamento de ingeniería correspondiente y al operador de la caldera.
Cuando el sistema utilice controladores lógicos programables, estos deberán de ser monitoreados por relevadores externos, cuya función deberán de ser la única y exclusivamente de monitores.
Si un relevador monitor se dispara, entonces un disparo maestro a la válvula de de combustible para la caldera deberá de ocurrir.
Los requerimientos de funcionamiento de los sistemas de disparo y monitoreo de la flama que se requieren son:
Las situaciones inestables de combustión deberán de ser alarmas para el operador para que realice acciones correctivas.
Un paro de emergencia del equipo involucrado deberá de ser automáticamente iniciado cuando exista una detección de falla de combustión criticos que pudieran contribuir a la acumulación de combustible no quemado.
El sistema de control de combustión también tiene requerimientos funcionales, que se mencionan a continuación:
El sistema de control de combustión deberá de regular las entradas dentro de la cámara de combustión para asegurar la continua combustión y una flama estable bajo las condiciones normales de operación.
El control de tiro forzado deberá de estar coordinado con el sistema de combustión.
Página 25 No menos importantes, son los siguientes requerimientos adicionales de los sistemas de control de combustión.
Cualquier comando lógico del sistema para el manejo del quemador deberá de anticiparse al sistema de control de combustión.
El control de tiro deberá de ser mantenido en control automático.
El control automático de las entradas del combustible que deberá ser permitido, a no ser que, el flujo de aire sea mantenido en control automático.
Se deberán de tomar precauciones para asegurar la disponibilidad de fuentes de alimentación de poder, libres de fallas (eléctricas ó neumáticas), para todos los dispositivos de control y seguridad.
En cuanto a la información de la operación requerida, tenemos los siguientes fundamentos:
Deberán de estar simultáneamente disponibles como un mínimo, en la zona de operación las siguientes variables de proceso:
Pantallas de tendencia continua de flujo de vapor
Rango de flujo de agua de alimentación
Rango de flujo total de combustible
Rango total de flujo de aire como un porcentaje de la carga máxima de la unidad
Nivel del domo
Temperatura final de vapor
Presión de vapor principal
Tiro de hogar o cámara de combustión
Las alarmas y los indicadores deberán de estar agrupados operacionalmente y deberán de ser visibles al operador para permitirle su fácil reconocimiento.
Todos los indicadores de alarmas de emergencia, botones y selectores, deberán de estar etiquetados claramente y protegidos para evitar su actuación inadvertida.
Todas las funciones de control deberán de estar agrupadas para una fácil accesibilidad, estar cerca de sus alarmas asociadas y dispositivos de indicación.
Donde sean usadas las unidades con gráficos dinámicos.
Página 26 operaciones de tecleado requeridas para responder a los ajustes del sistema.
Las funciones de alarma deberán de ser prioritarias y aparecer en la pantalla del monitor al momento de ser censadas por el sistema, no importando la información que en ese momento esté siendo desplegada.
De suma importancia son los sistemas de interlocks básicos necesarios entre los sistemas de operación de la caldera, para poder lograr los siguientes requisitos de seguridad:
1. Proteger al personal de accidentes 2. Proteger al equipo de daños
3. Proteger la operación de la caldera limitando las acciones a una secuencia de operación preestablecida o por dispositivos iniciadores de disparos cuando se aproxime un “fuera de rango” o una condición de operación inestable.
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SISTEMA DE PROTECCION Y ENCENDIDO PROPUESTO PARA SOLUCIONAR EL
PROBLEMA
La propuesta que se presenta para la caldera de tubos reflejantes, es la implementación de un sistema de protección y encendido del tipo “Control remoto de secuencia manual”, también llamado “Manual supervisado”, usando para este fin un control distribuido marca Bailey que consta de:
Dos gabinetes con:
1 módulo procesador multifunciones, con el control principal para el sistema de protección y encendido.
1 procesador redundante, que tendrá todas y cada una de las entradas digitales y analógicas del control principal
Los dos estarán efectuando la misma lógica, al mismo tiempo, de esta forma, cuando suceda cualquier problema con el procesador principal que lo haga fallar, el redundante entrará automáticamente a sustituir las señales en las tarjetas de salidas digitales y analógicas, logrando con esto la NO interrupción de la operación de la caldera.
5 módulos de entradas y salidas de control.
2 módulos maestros analógicos.
2 módulos de entradas analógicas.
2 módulos de entradas de temperatura.
6 módulos de entradas digitales.
11 módulos de salidas digitales de 120VCA.
2 módulos de salidas digitales a 24VCD.
Fuentes de alimentación de módulos, cables de conexión y comunicación.
Una estación de OIS de interfase con el operador.
Con la pantalla de tacto comúnmente llamada “ touch screen” por su nombre en inglés, con los gráficos dinámicos para la visualización y control de las siguientes condiciones de las entradas y salidas de la caldera y de los controles asociados.
oIndicación de la flama.
oPosición de los interruptores, ya sea abiertos o cerrados.
oIndicaciones de temperatura, presión, velocidad, nivel, % de oxígeno, % de apertura de válvulas y compuertas.
Página 29 oCambio de los valores de ajuste en los controles de aire, agua,
combustible, y carga de la caldera.
Una unidad de control y supervisión del proceso.
Dos impresoras matriciales.
Cuatro unidades de alimentación interrumpida.
Comúnmente llamadas “UPS” por sus siglas en inglés, con salida de 120 VCA.
La lógica propuesta para la caldera tomará en cuenta, el grado de flexibilidad de operación requerida para el sistema de control de quemadores, y estará estrechamente relacionada con el grado de participación del operador.
El alto nivel de automatización propuesto, reducirá la incertidumbre del operador en el manejo de situaciones donde una parte del equipo falle o no trabaje adecuadamente, proporcionando mayor seguridad al sistema y de la caldera misma en situaciones de alto riesgo.
Página 30
CARACTERISTICAS DEL SISTEMA DE PROTECCION Y
ENCENDIO PROPUESTO
A. El sistema propuesto constará de las siguientes características principales incluidas y desarrolladas para el sistema de protección:
1. Falla total de la flama. 2. Pre-purga.
3. Purga
4. Supervisión del cabezal de gas de pilotos.
5. Supervisión y disparo del cabezal general de gas.
6. Supervisión y disparo del cabezal general de combustóleo. 7. Encendido del piloto por quemador.
8. Encendido del quemador de gas por quemador.
9. Encendido del quemador de combustóleo por quemador. 10. Disparos generales y la primera alarma.
11. Señalización para el proceso de encendido, caldera de operación y disparos (primer disparo).
B. Este control secuencial se clasifica dentro de las categoría de “manual supervisado” con cierto grado de control automático de secuencia, tomando en cuenta la participación que tendría el operador sobre las decisiones del sistema.
C. El sistema proporcionara las siguientes funciones lógicas:
1. Solicitará, supervisará, señalará purga adecuada de la caldera, después de una falla total de la flama u otro de los disparos generales de la caldera y antes de encender el primer piloto. 2. Señalará cual fue la causa del primer disparo.
3. Señalará “iniciar purga” solo si previamente se han cumplido los requisitos de pre-purga.
4. Señalará y adoptará como permisivos de purga todas y cada una de las siguientes condiciones:
Existe un disparo general
Todas las válvulas de corte de gas a quemador están cerradas
Todas las válvulas de corte de combustóleo a quemador están cerradas.
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La válvula de corte del cabezal general de gas está cerrada.
La válvula de corte del cabezal general de combustóleo está cerrada.
Existe flujo de aire mayor al 25% a través de la caldera.
5. El tiempo de purga se iniciará a voluntad del operador y se señalará.
6. La terminación de purga se señalizará y actuara como permisivo para restablecer cualquier disparo general.
7. La terminación de purga iniciara al tiempo requerido, el cual es de 10 minutos, para encender el primer disparo.
8. Al desaparecer el disparo general también llamado “disparo maestro” el sistema supervisara el cabezal general de gas a pilotos, para permitir que el operador abra la válvula de corte de éste, y cuando el operador la haya abierto, el sistema le indicará con una luz, que abrió, cuando efectivamente esto haya sucedido.
9. Si durante la purga y el proceso de encendido ocurriera un nuevo disparo general, el sistema regresaría a “purga requerida”, señalizándole la causa del disparo.
10. Supervisará el cabezal de gas.
11. Supervisará el cabezal general de combustóleo.
12. Los quemadores o sus respectivos pilotos podrán ser encendidos en cualquier orden.
13. El piloto se podrá encender al cumplirse sus permisos fundamentales como son:
Falla de la flama de ese piloto
El cabezal de gas a pilotos esté correcto
Las válvulas de corte de gas a quemador y corte de combustóleo a quemador estén cerradas.
14. Solamente el piloto esté encendido, que la flama esté detectada y que no haya disparo en el correspondiente cabezal de combustible, entonces se podrá encender el quemador principal asociado a ese piloto.
15. El piloto se apagará en cualquiera de los siguientes casos:
No haya detección correcta de flama.
Se haya estabilizado la flama del quemador principal
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Exista falla en el cabezal de gas a pilotos
Exista un disparo manual a criterio del operador
16. El quemador principal de gas se apagará cuando cualquiera de los siguientes casos exista o esté presente:
Falla de la flama
Un disparo maestro
Falla en el cabezal general de gas
Un disparo manual a criterio del operador
17. El quemador de combustóleo se apagará cuando cualquiera de los siguientes casos exista o esté presente:
Falla de la flama
Un disparo maestro
Falla en el cabezal de combustóleo
Baja temperatura en la línea de combustóleo.
18. Al abrir la válvula de corte de gas a quemador o la de corte de combustóleo a quemador, empezará a contar el tiempo de estabilización de la flama del quemador, al cabo del cual, el quemador que está encendido, se apagará el piloto.
19. Los disparos generales actuarán desde la purga hasta el encendido de los quemadores y en la operación normal de la caldera.
20. Un disparo general cerrara inmediatamente todas las válvulas de corte de combustible en los cabezales generales y en los quemadores.
21. Los disparos generales serán:
Horno oscuro
Disparo del ventilador de tiro forzado
Bajo nivel del domo
Retardo del encendido
Disparo manual por el operador
Alta presión en el hogar
Alta relación aire-combustible
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SISTEMAS PRINCIPALES Y SECUENCIA DE OPERACIÓN
PROPUESTOS
La secuencia de operación será indicada por las luces y señales de instrumentación para el encendido y operación de la caldera.
Como se ha dicho, los circuitos están entrelazados entre sí, pero se puede considerar que funcionalmente se identifican en los siguientes sistemas:
A. Sistema de purga
B. Sistema de disparo general de gas
C. Sistema de disparo general de combustóleo D. Sistema por quemador
E. Sistema de disparos generales
SISTEMAS DE CONTROL PROPUESTOS
Para eliminar los problemas actúales referentes al control de los sistemas en la caldera proponemos los equipos electrónicos tipo PID, integrados en un control Distribuido marca Bailey. Se listan a continuación los sistemas involucrados en esta solución:
1. Sistema de control de combustión
2. Sistema de control de agua de alimentación
Página 34 1. SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN PROPUESTO
El sistema de control de combustión tendrá por objeto mantener la relación aire-combustible en la mezcla más apropiada para una excelente combustión, esto es, no tener exceso de aire mayor o menos al necesario.
El exceso de aire mayor al necesario provocaría perdida de calor y esfuerzo innecesario utilizando en mandar el excedente a la zona de combustión.
La correcta relación aire-combustible será lograda mediante el monitoreo del porcentaje de oxigeno dentro de los gases de salida de la combustión.
El sistema de combustión considerará la utilización de gas natural o combustóleo, también llamado aceite, como combustibles se considerara la posibilidad de tener uno o varios quemadores utilizando uno de estos combustibles y los restantes quemadores quemando el otro combustible.
Los 6 subsistemas del sistema de combustión propuestos para la caldera , son los siguientes:
a. Control maestro
b. Demanda de flujo de aire c. Corrección de oxígeno d. Demanda de combustible
e. Demanda de combustóleo o aceite f. Demanda de gas
Página 35 A continuación se presenta un esquema del sistema de combustión propuesto para la caldera :
a. CONTROL MAESTRO
Hardware Propuesto para este control:
El producto principal de la caldera es vapor, por lo tanto, el control principal de la caldera será el control de ese vapor, para eso, el sistema de control propuesto para la caldera, es un modelo PID de lazo cerrado de 1 elemento, el cual constará de:
Un trasmisor de presión para la presión de vapor de operación requerido, este valor de presión será ajustado según la demanda requerida por el proceso destino o mejor dicho el proceso que lo utilizará.
Página 36 la retroalimentación necesaria para que un control PID pueda saber cuándo alcance la presión requerida y entonces pueda estabilizarse.
Software propuesto para este control:
La entrada de este control tendrá la siguiente nomenclatura:
Transmisor de presión para la “Presión cabezal de vapor
20kg/cm²” PIT-5019.
Analizando la lógica del control maestro, tenemos lo siguiente: la señal que mandará aire y combustible, ó sea, la presión de vapor, será establecida en este control principal al que llamaremos, “el maestro de la caldera”, el cual estará constituido por:
El transmisor de presión de vapor, PIT-5019
Un controlador de presión tipo PID que identificaremos en la lógica utilizada como un bloque con numero 1012, en lo sucesivo representaremos a este tipo de bloques en la lógica utilizada como: “BLQ”.
b. DEMANDA DE FLUJO DE AIRE
Hardware Propuesto para este control:
El sistema de control de demanda de flujo de aire propuesto para la caldera, es un modelo de 3 elementos, los cuales son:
Un transmisor de flujo de combustóleo colocado en el cabezal general de combustóleo a quemadores.
Un transmisor de presión diferencial para el flujo de gas colocando en el cabezal general de gas.
Un transmisor de presión diferencial para el flujo de aire tiro forzado colocando en el lado de salida de aire del ventilador de tiro forzado.
Página 37 Software propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Transmisor de flujo para el “Flujo combustóleo” FIT-5005.
Transmisor de presión diferencial para el “flujo gas cabezal”
FIT-5003
Transmisor de presión diferencial para el “flujo aire tiro forzado”
FIT-5004
Servomotor para “compuestas descarga turbo VFT” FZ-5001
c. REAJUSTE DE OXIGENO
Hardware Propuesto para este control:
El sistema de control de reajuste de oxigeno propuesto par la caldera, es un modelo de 2 elementos, los cuales son:
Un analizador de oxigeno para el porcentaje de oxigeno en la salida de gases en la chimenea de la caldera.
Un transmisor de flujo para el flujo de vapor a la salida de la caldera.
Este control tendrá por objetivo el mantener la correcta cantidad de oxígeno en los gases a la salida de la caldera, ya que ésta señal entrará a un control PID y el elemento de control será una señal de porcentaje de oxígeno que se adicionará como corrección a la señal de flujo de aire para entrar al control PID del flujo de aire.
Página 38 Software propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Analizador de oxigeno “gases de combustión” AIT-5001
Trasmisor de flujo “ flujo de vapor” FIT-5001
Señal de reajuste de oxígeno
La lógica para el reajuste de oxígeno generará una señal que entrará como corrección al flujo de aire caracterizado para retroalimentar al controlador PID de aire BLQ1023, vía los bloques 890 y 1021.
d. DEMANDA DE COMBUSTIBLE
Hardware Propuesto para este control:
El sistema de control de combustible propuesto para la caldera, es un modelo de 3 elementos, los cuales son:
Un transmisor de flujo para el flujo de combustóleo colocado en el cabezal de combustóleo.
Un transmisor de flujo para el flujo de gas colocado en el cabezal de gas.
Un transmisor de presión diferencial para el flujo de aire tiro forzado colocado en el lado de salida de aire del ventilador de tiro forzado.
Este control tendrá por objetivo el proporcionar al control maestro el combustible requerido manteniendo en todo momento la correcta relación aire-combustible para una perfecta combustión de los combustibles alimentados, ya que estas señales entrarán a dos controles PID y los elementos de control serán:
Una válvula de control de combustóleo colocada en el cabezal general de combustóleo.
Página 39 Software propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Transmisor de flujo “flujo combustóleo” FIT-5005
Transmisor de flujo “flujo gas cabezal” FIT-5003
Transmisor de presión diferencial “flujo aire tiro forzado” FIT -5004
Válvula de control “flujo de gas a quemadores” FCV-5001
Válvula de control “ flujo de combustóleo a quemadores”FCV -5002
La señal de control maestro se comparará en el sector de señal BLQ1013 en términos de porcentaje con el flujo de aire caracterizado (y sin corrección de oxígeno), y se seleccionará la menor de entre las dos señales, la del control maestro o la del flujo de aire.
e. DEMANDA DE COMBUSTÓLEO O ACEITE
Software Propuesto para este control:
Al controlador PID de aceite BLQ1015 se le aplicará la señal de demanda (vapor de ajuste variable con la carga), de aceite para que genere una señal de control que a través de la estación “M/A FLUJO ACEITE” BLQ376 FIC-5002, establezca la apertura de la válvula de control de aceite.
El medidor de flujo másico para el aceite FIT-5005 censará el flujo de combustóleo, el cual se totalizará con el flujo de gas, si tuvieran encendidos uno o varios de los quemadores con gas, y se retroalimentara al controlador de aceite para informarle que la demanda de aceite ha sido satisfecha, o que debe de corregirse si fuese insuficiente o haya sido excedida.
f. DEMANDA DE GAS
Software Propuesto para este control:
Página 40 la estación “M/A FLUJO GAS” BLQ382 FIC-5001 establezca la apertura de la válvula de control de gas.
El transmisor de flujo de gas FIT-5003 retroalimentará al control que la demanda de gas ha sido satisfecha, o que debe de corregirse si fuese insuficiente ó haya sido excedida.
2. SISTEMAS DE CONTROL DE AGUA DE ALIMENTACION PROPUESTO
3.
Hardware Propuesto para este control:
El sistema de control de agua de alimentación propuesto para la caldera es un modelo de 3 elementos, los cuales son:
Un transmisor de presión diferencial para el flujo de vapor a la salida de la caldera.
Un transmisor de presión diferencial para el flujo de agua de alimentación en la línea del agua que entrará al domo.
Un transmisor de presión diferencial colocado en el domo para el nivel domo.
Este control tendrá por objetivo el mantener constante el nivel de agua del domo ya que estas tres señales entraran a un control PID y el elemento de control será una válvula de control colocada en la línea de agua de alimentación al domo.
Software Propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán las siguientes nomenclaturas:
Transmisor de presión diferencial “flujo de vapor” FIT-5001
Transmitir de presión diferencial “nivel del domo” LIT-5001
Transmitir de presión diferencial “flujo de agua de alimentación” FIT -5002
Válvula de control “agua alimentación” FCV-5003
Página 41 3. SISTEMA DE CONTROL DE PRESION DIFERENCIAL VAPOR ATOMIZACION Y ACEITE PROPUESTO
Hardware Propuesto para este control:
Los elementos que intervendrán en éste sistema de control propuesto son:
Un transmisor de presión para la presión de aceite a quemadores.
Un transmisor de presión para la presión de vapor de atomización a quemadores.
Y tendrán por objeto mantener una presión diferencial constante, a cualquier carga, entre el vapor de atomización y el aceite a quemadores ya que estas señales entran a un control PID y el elemento de control será una válvula de control de vapor de atomización colocada en la línea de vapor de atomización.
Software Propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Transmisor de presión”presión de aceite a quemadores” PIT-5010.
Transmisor de presión “presión de vapor atomización a quemadores”
PIT-5011.
Válvula de control “vaporatomización” PCV-5002.}
Página 42 4. SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA AIRE ENTRADA AL PRECALENTADOR
Hardware Propuesto para este control:
El objetivo de este sistema de control será mantener una diferencia mínima de 120°C de temperatura entre los gases de combustión saliendo del pre-calentador de aire y el aire entrando al mismo, con la finalidad de evitar que los gases se enfríen a una temperatura inferior el punto de rocío, se condensen por consiguiente y provoquen corrosión en el pre-calentador por la posible formación de ácido sulfúrico dado el contenido de azufre en el aceite.
Los elementos que intervendrán en éste sistema de control propuesto son:
Termopar tipo “J” para la temperatura del aire a la entrada del pre -calentador de aire a vapor.
Un termopar tipo “J” para la temperatura de gases a la salida del pre -calentador tubular.
Software Propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Termopar tipo “J”, “temperatura aire entrada pre-calentador tubular (de aire a vapor)” TE-5015.
Termopar tipo “J”,”temperatura gases salida pre-calentador tubular” TE-5014.
Página 43 5. SISTEMA DE CONTROL DE CABEZAL DE COMBUSTÓLEO PROPUESTO
Hardware Propuesto para este control:
El objetivo de este sistema de control será mantener una temperatura adecuada de operación en el cabezal de combustóleo, así como, mantener también la presión requerida en el mismo cabezal de combustóleo.
Esto es necesario para estar dentro de las condiciones optimas para obtener el mejor aprovechamiento de este combustible con el menor esfuerzo posible. Además de mantener el sistema con la seguridad establecida en las normas “NFPA 85” de manejo de combustibles.
Software Propuesto para este control:
Las entradas y salidas de este control tendrán la siguiente nomenclatura:
Termopar tipo “J”, “temperatura de combustóleo cabezal general” TE -5013.
Transmisor de presión “presión aceite combustible cabezal general
calderas” PIT-5022.
Válvula de control “calentadores de combustóleo” TCV-502.
Válvula de control “presión combustóleo cabezal general” PCV-504. La temperatura del combustóleo en el cabezal general es comparada en el controlador PID de temperatura BLQ92 contra el vapor de ajuste colocado por el operador en la estación “M/A CALENTADORES DE COMBUSTÓLEO” BLQ110 TIC-5013.
La salida de esta estación es suministrada como entrada a la válvula de control a los calentadores de combustóleo para mantener controlada esta temperatura.
DIAGRAMAS PROPUESTOS DE LA LOGICA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL PROPUESTO
Por lo tanto, se observan estos entrelazamientos en los siguientes diagramas de control:
CONTROL DE COMBUSTION
CONTROL DE AGUA DE ALIMENTACION
Página 44
CONTROL DE TEMPERATURA AIRE ENTRADA AL PRECALENTADOR
Página 48
CONCLUSIONES
DEL
ARRANQUE
DEL
SISTEMA
DE
PROTECCION, ENCENDIDO Y CONTROL DE A CALDERA DE
TUBOS REFLEJANTES.
Se concluye, de las variables de proceso, tomadas en el arranque de la caldera y mostradas en las graficas del capítulo anterior las siguientes aseveraciones:
Del dibujo se concluye que la presión del vapor de atomización sigue linealmente a la presión de aceite a lo largo de todo el rango de
operación del flujo de aceite.
Estos datos demuestran la correcta atomización del aceite en cualquier carga de operación de la caldera, utilizando los valores obtenidos en el arranque e introduciéndolos en el sistema de control, para su utilización en automático.
El dibujo “B” demuestra que siempre se tiene exceso de oxígeno a la salida de la chimenea, tanto en el analizador de oxígeno marca
Rosemount, como en el analizador marca Orsat, desde un 15% de exceso de oxígeno a carga mínima hasta una recuperación de la mezcla de aire-combustible, con un 3% de exceso de oxigeno, a partir de 30 toneladas por hora, de carga de vapor.
Con esto de demuestra la eficiencia del sistema con el consumo de aceite desde la mitad de la carga hasta máxima carga, que es el rango en donde normalmente operará la caldera.
En el dibujo “C” se puede visualizar como va aumentando el flujo de
aire conforme va aumentando el flujo de aceite esto demuestra junto con el ajuste de oxigeno a la salida de la chimenea, el correcto control de la mezcla aire-combustóleo.
Con los datos obtenidos de los dibujos “D” y “J”, se demuestra la correcta caída de aire desde el VTF, hasta el hogar pasando por el pre-calentador, en donde se transfiere calor de los gases de salida al aire de entrada, la caja de aire que distribuye el aire a los cuatro
quemadores llegando a la zona de la combustión en el hogar.
Página 49 un máximo flujo de 5000 m³/hr, además, se ve que las presiones van en aumento siguiendo al flujo de gas, esto demuestra la correcta eficiencia lograda por el control de aire-combustible.
Con el uso del aceite como combustible, se puede observar el mismo comportamiento de estas presiones hasta el flujo de aceite máximo de 4500 Kg/hr, según lo demuestra el dibujo “J”.
También verificamos con el dibujo “L”, que el exceso de aire, cuando se está quemando gas natural va de un 26% en fuego mínimo hasta un 10% y se mantiene constante desde una carga menor a 68 millones de BTU/hr, hasta máxima carga.
En el dibujo “M”, se ve el exceso de aire cuando se está quemando
combustóleo, que va desde 25% en el fuego mínimo hasta un 15% mantenido desde 68 millones de BTH/hr hasta máxima carga, lo que la hace altamente eficiente con respecto a la especificación requerida.
El dibujo “H” nos entrega los datos que se obtuvieron durante las
diferentes cargas con combustóleo en que se probó la caldera en el encendido.
Estos valores de porcentaje de apertura de las compuertas de servomotor del VTF con su correspondiente valor de flujo de combustóleo, fueron introducidos en la base de datos de sistema, para que los utilizaran los bloques 1027 y 1028. Con lo cual, el control del servomotor del VTF, 1720 RPM, está controlando la apertura de sus compuertas.
El dibujo “I” muestra el mismo control de apertura de compuertas de
aire del VTF con relación al flujo de combustóleo, indicando los valores obtenidos en el arranque, pero utilizando la turbina del VTF y se demuestra que falta aire después de una carga de la caldera de 54 T/H.
Por lo tanto, esta turbina, a esa carga, tendrá que estar junto con el servomotor VTF, para mantener la relación de aire con combustóleo, o de lo contrario, el sistema no permitirá la entrada más combustóleo aunque así lo requiera la carga solicitada a la caldera.
Finalmente, el dibujo “K”, hace un resumen de los valores obtenidos
Página 50
Si consideramos que en la caldera podemos censar todas las variables de
medición como binarias, podemos describirlas de la siguiente manera:
En el tanque de suministro de la caldera siempre habrá nivel alto o bajo
de agua, en donde el proceso podrá seguir cuando el nivel este en alto y se
apagará cuando esté en nivel bajo.
Para el quemador se requerirá que tenga presión de gas o que en caso
contrario se apague el proceso por no existir combustible
Para el aire se tendrá nivel bajo de presión para mantener encendido el
quemador a una temperatura para mantener el proceso o un nivel alto de
presión para mantener poder generar vapor elevando la temperatura.
Dentro de la caldera se tendrá presión de vapor alto cuando esté a la
presión y temperatura adecuadas para que se abra la electroválvula para
pasarla al filtro secador de vapor o si no hay suficiente presión de vapor
la electroválvula permanecerá cerrada.
Debe existir un paro de emergencia para suspender todo el
funcionamiento de la caldera sin apagarla por cualquier evento que alteré
las condiciones normales de seguridad.
Por lo que definiremos:
Salidas:
Q1 Contactor del circuito de luces
Entradas:
I1 Pulsador de conexión manual
I2 Pulsador de desconexión manual
Otros:
Página 51
R2 Reloj semanal ajustado L-K-M-J-V-S-D de 18:00 a 18:05
T1 Relé de tiempo con impulso a la desactivación ajustado a 1s.
Diagrama de programación lógica en escalera o eléctrico
[image:51.612.86.429.475.611.2]Diagrama de programación lógica en bloques
Tabla de verdad para Q1
Tabla de verdad para Q2
Mapas de Karnaugt
Sólo utilizaremos los términos indiferentes necesarios para la
simplificación.
De los agrupamientos deducimos la función simplificada:
Simulaciones:
[image:52.612.83.430.185.321.2]
Página 52
Tabla de verdad para Q2
Todo esto se puede expresar en una tabla de Karnauth quedando de la
forma siguiente:
Página 53
De los agrupamientos deducimos la función simplificada:
Diagrama de programación lógica en bloques
Página 54
Si utilizamos los programas de simulación para el PLC de marca
Siemens Modelo 7-200 , se puede comprobar y ver el correcto
funcionamiento para controlar el proceso, por lo que a continuación
colocaremos las pantallas para indicar que se realizaron dichas
simulaciones:
Simulaciones:
Simulación del sistema usando el programa STEP
–
7, de diagrama de
Página 55
Simulación del sistema usando el programa STEP
–
7, de simulación del PLC
donde ya se han grabado adecuadamente el diagrama de escalera en una
computadora , para probar el funcionamiento con las entradas sustituidas por
Página 56
Después de ver que estos programas operaron correctamente se hicieron las conexiones necesarias para hacer que el PLC 7-200 operara en forma automática la caldera, lo cual fue un completo éxito.
Página 57
Conclusiones
Si definimos correctamente las variables de un proceso como una caldera
simple, un PLC puede operar dicho sistema en forma segura y autónoma con
un alto nivel de seguridad.
Siempre es necesario usar los simuladores de los PLC´s para cerciorarnos de
que las funciones lógicas encontradas y propuestas para ser programadas
dentro de esté controlador digital, realizarán todos los comandos con todas las
posibilidades de una operación segura.
Página 58
BIBLIOGRAFÍA
-Programable Logic Controllers. Third Edition. Frank D. Petruzella.
Ed. Mc Graw Hill.
-Manual del Sistema de Automatización S 7-200. Siemens SIMATIC.
Edición 08/2005.
-Manual de Calderas Clever.
Página 59
