CARTAGENA
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
‘‘Automatización de un reactor tipo batch de una planta piloto
mediante DeltaV’’
TRABAJO FIN DE GRADO
GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA
Autor: Virginia Sánchez Hernández Director: Julio Ibarrola
Codirector: José Manuel Cano
Cartagena, 22 de Octubre de 2018
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“Gracias a mi familia, amigos/as, compañeros/as de clase, profesores por todo lo recibido cada día, apoyo, ganas, consejos, ánimos, suerte, conocimientos ...
Gracias a vosotros/as he podido llegar hasta aquí . Se puede decir que este es el inicio de un largo viaje en el mundo de la
ingeniería. Aunque cuatro años han sido suficientes para crecer tanto profesional como personal, y sé que lo mejor está por llegar”.
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN Y FUNDAMENTOS DE LA AUTOMATIZACIÓN ... 13
1.1 Introducción ... 13
1.2 Objetivos del proyecto. ... 14
1.3 Fundamentos de la automatización. ... 16
Historia del PLC y DCS ... 17
Concepto de Planta Piloto ... 19
2. COMPROBACIÓN DE LA PLANTA ... 23
2.1 Sensores ... 23
Transmisor de temperatura ... 24
Sensores de caudal ... 25
Sensores de nivel ... 25
2.2 Actuadores ... 27
Válvulas solenoides ... 28
Bombas ... 29
Variadores de frecuencia ... 30
Resistencias ... 31
Tiristores ... 31
3. SISTEMA DE CONTROL ... 33
3.1 DCS DeltaV ... 33
Hardware ... 33
Software ... 34
3.2 DESARROLLO DE UN PROYECTO EN DeltaV ... 36
Desarrollo de una nueva área de trabajo ... 37
Conceptos de Control Studio ... 42
Configuración del controlador ... 52
Creación de una pantalla HMI ... 62
4. DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL ... 71
4.1 Bloque de función PID en DeltaV ... 71
Introducción al bloque PID ... 71
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Parámetros PID a configurar ... 72
Ecuación del PID ... 77
Alarmas del PID ... 78
Tipos de configuración y ejemplos PID. ... 79
4.2 Modelización previa de la planta piloto ... 83
4.3 Diagramas de bloques de control ... 85
Configuración previa. ... 85
Control de nivel ... 97
Control de caudal ... 97
Para el control de caudal línea de frio, LOOP-FC-102 ... 98
Para el control de caudal línea caliente, LOOP-FC-101 ... 98
Control de temperatura ... 99
Control de temperatura en la línea caliente, LOOP-TC-101 ... 99
Control de temperatura de la línea de frío, LOOP-TC-102 ... 103
Control de temperatura en la camisa del reactor ... 105
4.4 Pantalla HMI ... 107
Identificación de los elementos de la planta piloto ... 108
Configuración de los elementos de la planta piloto ... 109
Resultado final de la pantalla HMI... 112
4.5 Bloques de simulación ... 115
Bloque de simulación electroválvulas NC ... 115
Bloque de simulación motor ... 117
Funcionamiento de los bloque Linked Composite ... 118
5. RESULTADOS, CONCLUSIONES Y MEJORAS ... 121
5.1 Pruebas y resultados reales ... 121
5.2 Mejoras incluidas y futuras ... 143
5.3 Conclusiones finales ... 144
6. REFERENCIAS ... 147
7. ANEXOS ... 149
7.1 Índice de Figuras ... 149
7.2 Manual de Usuario ... 152
Comprobaciones previas ... 152
Visualización del funcionamiento de la planta piloto ... 154
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1. INTRODUCCIÓN Y FUNDAMENTOS DE LA AUTOMATIZACIÓN
1.1 Introducción
Se quiere comenzar el presente proyecto con el extracto del siguiente artículo:
Las instalaciones de producción del futuro serán modulares y mucho más flexibles que las fábricas actuales. Estamos en la cúspide de una cuarta revolución industrial, impulsada por la evolución de las nuevas tecnologías como la nube, Big Data e Internet de las Cosas. La primera revolución industrial fue provocada por la invención de la máquina de vapor y la mecanización del trabajo manual en el siglo XVIII. La segunda revolución consistió en la aplicación de las técnicas de producción en masa en el siglo XX y la tercera fue anunciada durante las últimas décadas por los sistemas electrónicos y las tecnologías informáticas para la automatización de los procesos de fabricación. (Baecker, 2015)
Está siendo una realidad que la integración de sensores, transmisores, unidades de control miniaturizadas, unidades de almacenamiento, así como revolucionarias herramientas y nuevos softwares para la automatización de procesos industriales está en pleno auge. Porque tiene el fin de que la industria pueda optimizar y controlar su proceso de fabricación de una forma más flexible y segura en relación a como se encuentra a día de hoy.
Como consecuencia, la Universidad Politécnica de Cartagena, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática sitúa a escala dos unidades de planta piloto, una unidad de reacción química y otra de destilación para la automatización de dichos procesos.
En esta planta es dónde se va a desarrollar este trabajo final de estudios (TFE).
- 14 - 1.2 Objetivos del proyecto.
El objetivo fundamental de este TFG será la automatización de un reactor tipo batch a través del software DeltaV. Se pretende conseguir una estrategia de control de la temperatura en la camisa del reactor, así como desarrollar y mejorar los controles que influyen en las dos líneas, caliente y fría ubicadas en la unidad de reacción de la planta piloto.
Se parte con la siguiente configuración que ya fue realizada en años anteriores:
instrumentos cableados, calibrados e incorporados, el DCS DeltaV ya instalado y configurado en el escritorio DeltaV encontrado en el ordenador del mismo departamento. Diferentes pantallas HMI asociadas al control de la línea de frío, otras al control de la línea de calor, y la última que se diseñó que incluye todos los elementos de las dos líneas junto con los dispositivos que forman la parte del reactor.
Así que el objetivo principal será documentar el estado actual de la planta piloto, cómo se realiza la creación de un nuevo proyecto en DeltaV, desarrollar la estrategia de control de forma modular para la automatización de la temperatura en la camisa del reactor, y mejorar la automatización de la línea de caliente y configuración del algoritmo de control en la línea de frío.
Igualmente, otro objetivo es hacer los primeros módulos de simulación que irán asociados a la activación y desactivación de las bombas y también para la apertura y cierre de las electroválvulas. También, se desarrollarán bloques de simulación para simular una entrada analógica y digital. Todo esto se conseguirá utilizando el software DeltaV de Emerson.
Con estas simulaciones se pretende poder probar y verificar el correcto funcionamiento tanto de la conexión del instrumento como la buena comunicación entre la pantalla HMI y el módulo de control asociado. Estas comprobaciones son esenciales porque probando estas simulaciones previamente en el proceso industrial, en el cual se encuentran miles de señales de E/S, es recomendable dividir por módulos estas entradas y salidas y comprobar su correcta conexión y como consecuencia, verificar que responde el funcionamiento desarrollado a las órdenes que se mandarán por pantalla.
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Con todo esto, el resultado que se espera obtener es el que se detalla a continuación:
• Capacidad para manejar un software destinado a un sistema de control distribuido. En este caso DeltaV.
• Conocimientos acerca del mundo de la automática en un ambiente industrial.
• Habilidad para aplicar los conocimientos aprendidos sobre la instrumentación electrónica en el equipamiento de la planta piloto.
• Capacidad para poder entender la automatización de un proceso industrial a pequeña y a gran escala.
• Adquirir la habilidad de resolver problemas y tomar decisiones ante situaciones de emergencia.
• Capacidad de desarrollar un proceso de ingeniería industrial basado en la automatización de un proceso.
- 16 - 1.3 Fundamentos de la automatización.
El TFE presente requiere de la explicación de dos conceptos principales para su completo entendimiento. Estos dos conceptos son los siguientes.
➢ Concepto de automatización;
➢ Concepto de planta piloto.
Son dos conceptos fundamentales porque la misión principal es automatizar un proceso y el elemento principal de trabajo es una planta piloto.
La automatización de un proceso consiste en la incorporación de un dispositivo tecnológico que se encargará de controlar su funcionamiento.
Dicho dispositivo hace que el sistema se conozca como ‘automatismo’, y se caracterizará por la capacidad de respuesta ante situaciones determinadas ejerciendo una función de control para la que ha sido creado.
De este modo, un sistema automatizado para que se le clasifique como tal deberá tener los siguientes elementos.
➢ Una máquina o proceso, la cual se quiere controlar.
➢ Una unidad de control, encargada de ejecutar las acciones necesarias.
➢ Un conjunto de controladores y elementos de interfaz entre la máquina y el control.
Por un lado, la misión de la unidad de control será utilizar la información que es recogida por un conjunto de elementos, denominados como ‘captadores’, para conocer tanto el funcionamiento como el estado del proceso, y así se está teniendo en cuenta los diferentes cambios que puedan ocurrir. Y por otra parte, también, la unidad de control será la que genere las órdenes a los diferentes elementos, conocidos como ‘actuadores’, que serán capaces de transformar dichas órdenes en magnitudes o cambios físicos.
La información que es recibida en la unidad de control se tratará según un método específico llamado ‘algoritmo de control’.
Gracias a este algoritmo, se consigue la automatización del proceso.
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En la Figura 1.1 podemos observar la amplia clasificación de los sistemas automatizados según su tecnología, cableada o programada. (Pértiga)
Figura 1.1. Clasificación de la tecnología de la automatización
Historia del PLC y DCS
A principios de la década de los 70 comenzó a implementarse con gran éxito un nuevo dispositivo programable en la industria, paralelamente a la difusión de la tecnología programada a través de un microcontrolador.
Este dispositivo es el autómata programable o PLC (Programmable Logic Control). Se trata de un equipo electrónico con el que se pueden controlar procesos secuenciales en un tiempo real y surge como una alternativa para las diversas aplicaciones industriales. Consigue ser el principal dispositivo programable empleado en la automatización de este tipo de procesos.
Las ventajas que hacen al PLC ser tan implementado son las siguientes:
➢ Fiabilidad;
➢ Mejora el control del proceso;
➢ Permite introducir cambios rápidos en la secuencia del control;
➢ Controla y protege los elementos que acciona;
➢ Reduce el volumen de automatismos basados, por ejemplo, en la neumática o eléctricos;
➢ Aumenta el grado de seguridad en las instalaciones que controla.
Entre otras muchas más ventajas que podemos encontrar en un PLC.
Sin embargo, conforme pasan las décadas los procesos industriales fueron necesitando diferentes cambios para que tanto el proceso controlado como las
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condiciones del operario mejorasen. De esta forma, surge un nuevo concepto de control conocido como DCS (Distributed Control System).
Al igual que el PLC, el DCS fue sustituyendo a los accionamientos mecánicos, neumáticos (como son los relés, cilindros…) etc. Y acabó reemplazando los controles basados en PID en los procesos tipo Batch (en lotes) y continuos, es decir, todos aquellos procesos que requieren una medida de control avanzado.
Sin embargo, los usuarios demandaban más información acerca de su proceso y los PLC’s dejan de tener poder. Aunque se intentan desarrollar PLC’que hacen la función de mini-DCS’s, al mismo tiempo, los DCS empezaron a incorporar PLC’s y el control de los mismos.
Asimismo, el mundo de la industria comenzó a realizarse la siguiente pregunta:
¿PLC o DCS para mi proceso industrial? Según el artículo expuesto en la guía
‘Continuous Process’ contestan basándose en los siguientes parámetros. (PLC vs. DCS: Which is Right for Your Operation?, 2014)
➢ Tiempo de respuesta
Los PLC’s van a tener una respuesta de actuación mucho mayor que los DCS, de eso no hay duda, ya que el DCS tiene que procesar muchos más datos a la hora de poder actuar. De esta forma, si el tiempo en el proceso industrial es crítico tenemos que tener claro que los PLC van a ser nuestra solución.
➢ Escalabilidad
La escalabilidad que tiene un PLC es de miles de E/S o menos. Sin embargo, un DCS puede gestionar muchas más señales al mismo tiempo.
Así que si el proceso industrial cuenta con el tratamiento de una base de datos bastante grande elegiremos en este caso el DCS.
➢ Redundancia
En un proceso en el cual se haya elegido un PLC y se necesite potencia o E/S tolerantes a fallos, no intentaremos forzar los requisitos del PLC ya que el coste sería igual o superior que el haber instalado un DCS en primer instante.
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➢ Complejidad
El control de procesos que se base en el tratamiento de aceites, aguas, gas o un proceso químico necesitará un control avanzado y para ello el DCS tiene todas las capacidades incorporadas para realizar el correcto proceso continuo.
➢ Frecuencia de los cambios en nuestro proceso.
Los PLC son adecuados para procesos cuyas variables no sean muy cambiantes. Sin embargo, si el proceso es más complejo porque contiene grandes bases de datos o sus variables cambian frecuentemente, la mejor opción sería el uso de un DCS.
Teniendo en consideración tanto las pautas que se acaban de detallar como las necesidades que se involucran en este proyecto, antes de poder decidir qué tipo de control es el más adecuado para este caso, será necesario introducir el elemento principal de trabajo que es una planta piloto.
Concepto de Planta Piloto
Se define Planta Piloto como la representación de una planta a una escala reducida para llevar a cabo un proceso. Se caracteriza por su tamaño, ya que puede variar dependiendo del proceso físico o químico que se vaya a experimentar. De esta forma, cada planta piloto se equipará con la instrumentación, sistemas de control y comunicación, de monitorización más óptimos para cumplir con las condiciones del proceso y que se asemeje lo más preciso posible al proceso real.
Trabajar con una planta piloto da beneficios tanto económicos como en el ámbito técnico porque se pueden probar los procesos para ver su viabilidad, someter la planta piloto a unas condiciones extremas, además de obtener los parámetros y variables del proceso para poder hacer el diseño de la planta a escala industrial.
Se diferenciará de una planta de laboratorio puesto que con el proceso de una planta piloto obtenemos una producción real del producto y en una planta de laboratorio no tiene por qué darse esa situación.
La planta piloto, mostrada en la Figura 1.2, ha sido diseñada como instalación de ensayos para distintos procesos químicos.
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Específicamente, esta unidad es para el proceso de reacción de procesos químicos.
Se trata de un reactor de tanque agitado (MFR, Mixed Flow Reactor), cuya característica principal es la de tener la misma composición de fluido en todos los puntos del interior como en la corriente de salida, donde el fluido se encontrará ya mezclado. Son ideales y fáciles de estudiar ya que no importan cuáles son las condiciones de operación a la hora de poner en contacto los reactivos. (Levespiel, 2004)
Como conclusión, esta planta piloto ha sido ubicada en el departamento de sistemas de la UPCT con el fin de conseguir el interés de los estudiantes de la escuela de industriales en el campo de control y en la instrumentación electrónica.
Esto sumará un extra a sus estudios académicos, ya que les permite una previa introducción a un software de control bastante importante. Dicha unidad de control se está implementando en los procesos industriales desarrollados en las diferentes empresas del sector de la zona.
Actualmente, la planta piloto de reacción es la que cuenta con la última tecnología en instrumentación electrónica, software de control y en material, ya que gracias a la ayuda ofrecida por Sabic, Emerson Automation Solution, Inabensa y Técnicas del Cable ha podido ser equipada, y se ha obteniendo el resultado que ilustra la Figura 1.2.
Figura 1.2. Área de reacción de la Planta Piloto
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Como se observa, esta parte cuenta con dos líneas, el tanque etiquetado como V-10101 es para la línea de caliente y el V-10102 es para la línea de frío. También
cuenta con un reactor R-10105. Siendo estos los elementos principales.
La planta piloto tiene también una segunda parte, que está aún por automatizar y por equipar, mostrada en la Figura 1.3 y es una planta específica cuya una misión futura es la destilación.
Figura 1.3 Área de destilación de la planta piloto
Tras esta breve introducción a la automatización, diferencias entre PLC y DCS, y habiendo hecho una pincelada sobre el concepto de planta piloto, se puede concluir que la elección del tipo de unidad de control que se tomó para implementarse en la planta piloto de la UPCT fue el DCS conocido como DeltaV y desarrollado por Emerson Automation Solution.
De esta forma, el inicio de este proyecto partirá con el material ya existente, el cuál ha sido hecho por los anteriores estudiantes en sus TFG’s o TFM’s. De este modo, se tienen en consideración los diferentes diseños de estrategias de control con DeltaV, la calibración de instrumentos, el comisionado del DCS y la puesta en marcha de todos los elementos, sensores y actuadores.
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2. COMPROBACIÓN DE LA PLANTA
La comprobación de la planta se realiza mediante la identificación de los elementos que la componen. Estos elementos se pueden clasificar en sensores y actuadores. Serán los elementos principales que junto con el DCS se pueda hacer posible la automatización del proceso.
Se explican a continuación los diversos instrumentos que junto con sus características equipan el área de reacción de la planta piloto.
2.1 Sensores
Se define ‘sensor’ como un dispositivo diseñado para medir magnitudes físicas o químicas, las cuales se conocen como variables del entorno, y las transforma en otra magnitud para que se pueda procesar, es decir, cuantificar y manipular.
(Guimerans, 2018)
Según la magnitud que midan, los sensores electrónicos más comunes se pueden clasificar de la siguiente forma.
➢ De posición, lineal o angular.
➢ Proximidad.
➢ Temperatura.
➢ Ultrasonidos
➢ Aceleración/Inclinación: acelerómetro.
➢ Entre otros.
Como se puede comprobar al haber una gran variedad, se podrán aplicar estos sensores en muchas áreas como industria automotriz, manufacturera, robótica etc.
En este caso, la planta simularía un proceso químico, y los lazos de control serían para las variables de la temperatura, nivel, caudal o presión. Para conseguir eso necesitamos los sensores que se detallan a continuación.
- 24 - Transmisor de temperatura
El dispositivo que medirá la temperatura de nuestro proceso se muestra en la Figura 2.1.1, y como se puede observar es un sensor de temperatura Pt100.
Este tipo de sensor se caracteriza por ser un sensor de temperatura resistivo (RTD), también conocido como termorresistencias.
La medida de la temperatura se realiza a través de la variación de una resistencia eléctrica. Los materiales más utilizados para la creación de las RTD son platino, cobre o níquel.
En nuestro caso, en la Pt100 se emplea el platino por su estabilidad, precisión, rango de trabajo, entre otras muchas ventajas que ofrece.
El funcionamiento de la termorresistencia mencionada es que a cero grados Celsius tiene 100 Ohms y a 100ºC tiene una resistencia de 138,5 Ohms, y conforme la temperatura de tu entorno va aumentando en proporción también se incrementa su resistencia eléctrica. Dicho incremento se determina con la siguiente expresión matemática:
𝑅𝑃𝑡100 = 100 · (1 + 0,00385 · 𝑇)
.
Figura 2.1.1. Sensor de temperatura del tanque V-10101
- 25 - Sensores de caudal
El sensor encontrado en la planta piloto para la medición de caudal, Figura 2.1.2, se basa en el efecto Coriolis, principio de medición desarrollado por Gaspard-Gustave de Coriolis.
Dichos tipos de cuadalímetros fueron proporcionados por Emerson, y cada línea de proceso cuenta con uno de estos dispositivos. De esta forma, se conoce el caudal que se está bombeando al reactor por cada línea de proceso.
Figura 2.1.2. Sensor de Caudal de la planta piloto
Sensores de nivel
El nivel V-10102 se basa en el instrumento de medida de la Figura 2.1.3. El instrumento de la serie Rosemount 330 de Emerson Automation & Solutions se conoce como ‘transmisor de nivel por radar de onda guiada’.
De esta forma, la elección del sensor de nivel del fluido de los tanques se ha basado en este fenómeno ya que, en entornos acuáticos y cerrados como es el tanque, sus propiedades no empeoran y se obtienen las medidas correctas.
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Figura 2.1.3. Transmisor de nivel por radar de onda guiada de la serie Rosemount 3300.
Sin embargo, para la medida de nivel en el tanque V-10101 se utiliza un transmisor de presión, Figura 2.1.4. Como se trata de un tanque el cual está a temperatura atmosférica se han instalado estos sensores de nivel por presión diferencial.
La expresión matemática que caracteriza a dichos sensores y hace posible la medición del nivel es la siguiente:
𝑑𝑃 = 𝐴𝑃 − 𝐵𝑃 = ((𝐻 ∗ 𝜌𝑃) + 𝑃𝑎𝑡𝑚) − 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 𝐻 ∗ 𝜌𝑃
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Figura 2.1.4. Sensor de presión Rosemount
2.2 Actuadores
Se define ‘actuador’ al elemento que puede provocar un efecto sobre un proceso automatizado, modificando el estado de un sistema.
Su función es generar el movimiento de los elementos según las órdenes dadas por la unidad de control.
De esta forma, el actuador recibe una orden de un controlador y da una salida activando un elemento final.
En el mercado existen diferentes tipos de actuadores, entonces, dependiendo de la aplicación que se necesite cubrir encontramos los siguientes grupos.
➢ Cuando se necesita mover, desplazar o soportar una carga: motores paso a paso, corriente continua o corriente alterna.
➢ Cuando se trabaja con líquidos: electrobombas o electroválvulas.
➢ Cuando se necesite indicar el estado de una etapa del proceso:
indicadores lumínicos o alarmas
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➢ Cuando se necesite controlar la temperatura: resistencias, ventiladores o extractores.
Sin embargo, el criterio más importante que se debe tener en cuenta a la hora de elegir el actuador es el tipo de señal, si es de corriente continua o de corriente alterna.
Los actuadores que encontramos en la planta piloto son los que se muestran a continuación.
➢ Válvulas solenoides o electroválvulas.
➢ Bombas o electrobombas.
➢ Variadores de frecuencia.
➢ Tiristores.
➢ Resistencias.
Válvulas solenoides
Las válvulas solenoides o electroválvulas, del tipo de la Figura 2.2.1, se utilizan en la planta para permitir el paso de fluido a través de la red de tuberías.
Se caracterizan por tener el funcionamiento de válvula todo o nada, es decir, no se va a poder regular el flujo del fluido porcentualmente a través de su apertura o cierre.
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Figura 2.2.1. Electroválvulas incorporadas en la planta piloto
Bombas
Serán los elementos encargados de impulsar el fluido desde un punto hasta
otro. En el caso de la planta piloto, el recorrido sería desde los tanques V-10101 y V-10102 hasta el tanque del reactor R-10105.
Las bombas utilizadas, Figura 2.2.2 son centrífugas trifásicas, cuyo caudal máximo es de 15 L/min. Con el ajuste de velocidad a través de los variadores, se podrá impulsar más o menos caudal.
Figura 2.2.2. Bomba N-10051 de la planta piloto
- 30 - Variadores de frecuencia
Tal y como su nombre indica, un variador de frecuencia es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor.
El modelo que se ha empleado en la planta y que se puede observar en las imágenes Figura 2.2.3.1 y Figura 2.2.3.2 es ‘ATV 11HU12M2E Altivar 11’
del fabricante Telemecanique.
Figura 2.2.3.1. Cuadro de variadores
Dentro del cuadro podemos encontrar 7 variadores de frecuencia, 7 interruptores magneto térmicos, 1 interruptor automático magneto térmico para la protección de acometida, 1 interruptor diferencial, 1 distribuidor, 1 regulador de velocidad, 1 contactor, 1 distribuidor, y 1 interruptor automático magneto térmico para la protección del circuito de ventilación.
Figura 2.2.3.2. Vista en detalle del variador.
- 31 - Resistencias
Los actuadores de calor están conformados por semiconductores en donde el flujo de la corriente eléctrica produce una pérdida de energía que se transforma en calor. El calor producido por un actuador calorífico se propaga por todo el espacio que lo rodea.
A la planta piloto se ha dotado con dos resistencias, una en la línea caliente y otra en el tanque del reactor para calentar el agua procedente de la red. Tal y como muestra la Figura 2.2.4 la resistencia se encuentra inmersa directamente en los tanques para que ceda el calor de la forma más eficiente posible.
Será muy importante saber que siempre debe haber fluido en el tanque cuando la resistencia esté activa, porque de lo contrario se quemarían.
Figura 2.2.4. Resistencia calefactora J-10101
Tiristores
Se define como tiristor un componente electrónico que utiliza una realimentación interna para producir una conmutación.
Este ‘conmutador biestable’ será el encargado de proporcionar tensión e intensidad a la resistencia en función de la señal que le mande el sistema de control.
- 32 - Figura 2.2.5. Cuadro de tiristores
Con estos últimos actuadores se han explicado los diferentes elementos de adquisición de datos y elementos de actuación que están incorporados en la planta piloto en la actualidad y destacar su importancia ya que sin ellos no sería posible la correcta automatización.
Así que para desarrollar la automatización del proceso, y poder controlar cada de unos los elementos mencionados, haría falta la introducción a la unidad de control que se va a utilizar. En nuestro caso es el DCS DeltaV.
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3. SISTEMA DE CONTROL
3.1 DCS DeltaV
El sistema de control distribuido 𝐷𝑒𝑙𝑡𝑎𝑉𝑇𝑀 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 pretende eliminar la complejidad y minimiza los riesgos de un proceso industrial con un sistema de automatización moderno. De esta forma, Emerson Automation Solutions ofrece tanto el DCS como las herramientas necesarias para que la instalación sea lo más potencial posible.
Hardware
El HW instalado en la planta piloto cuenta con:
➢ Una estación de trabajo (Workstation);
➢ Un Switch Primario;
➢ Un controlador ‘Serie M’, tal y como se observa en la Figura 3.1.
Existe un último modelo en controladores de esta marca, conocido como ‘Serie S’, caracterizado por tener las tarjetas de color gris. La diferencia que existe entre ambas series es que la serie S es requerida para E/S inalámbricas y tiene una necesidad de marshalling electrónico.
Por cada proceso, o también conocido como zona de trabajo, se necesita una licencia la cual permita la interacción con la estación, la carga de proyectos o poder recibir y/o mandar señales a la planta real.
Afortunadamente, la planta piloto cuenta con una licencia ilimitada.
Actualmente, se tienen instaladas seis CIOC’s (Charm Input/Output Cards), de las cuales tres tarjetas son para las entradas analógicas con comunicación tipo HART, una tarjeta para las entradas digitales, una tarjeta para las salidas digitales y otra para las salidas analógicas.
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Figura 3.1.1. Controlador DeltaV instalado en la planta piloto
Software
El posible uso del conjunto de elementos previamente descritos que forman el HW del proyecto requiere la instalación de una versión de SW compatible con los controladores y la planta piloto está actualizada con una de las últimas versiones software.
. Figura 3.1.2. Carátula por defecto del programa DeltaV Operate Run
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Este SW está equipado con diferentes programas, siendo cada uno de ellos necesario para el correcto desarrollo de la estrategia de control del proceso industrial.
Los programas que más se van a utilizar en este proyecto, son los que se nombran a continuación:
➢ DeltaV Explorer
➢ Control Studio
➢ DeltaV Insight
➢ DeltaV Operate Configure/Run
• DeltaV Explorer
La herramienta principal de un proyecto creado en DeltaV es el Explorador, ya que en este programa podemos crear, copiar, configurar, todo lo necesario para iniciar un área. También, será en aquí donde se pueda realizar la asignación a los nodos existentes de nuestra Workstation. Además, de definir alarmas asociadas a nuestro proceso, o crear plantillas de módulos.
En conclusión, será en este programa dónde se pueda ver la estructura general de nuestro sistema y se tendrá acceso al resto de programas de DeltaV.
• Control Studio
Se trata de una de las herramientas principales de DeltaV. Se emplea para realizar el diseño y editar los módulos necesarios para la estrategia de control. Así como realizar las modificaciones necesarias en las plantillas que la librería interna del software ofrece.
Control Studio tiene una ventaja importante ya que visualmente podemos comprobar la estrategia de control que se está desarrollando ya que cada elemento de nuestro proceso estará representado por un bloque de función. Al igual que las conexiones entre ellos.
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• DeltaV Operate Configure/Run
El programa de DeltaV Operate, Figura 3.1.2, tiene dos modos de funcionamiento, en modo configuración o en modo ejecución.
Básicamente, este programa es destinado a la creación de una pantalla gráfica asociada a nuestro proceso a controlar. De esta forma, la pantalla contará con diferentes figuras, textos, con animaciones o sonidos que estarán asignados a cada uno de los módulos de control de nuestra planta. Entonces utilizaremos el módulo DeltaV Operate Configure para crear esa pantalla y hacer cada una de las asignaciones. Y con DeltaV Operate Run comprobamos visualmente el estado de cada uno de los elementos y lazos de control de nuestra planta.
• DeltaV Inspect Insight/Tune
Delta V Inspect proporciona monitorización de procesos avanzados para identificar al instante bucles de bajo rendimiento. Calcula un índice de variabilidad para seleccionar el control y los bloques de entrada/salida. Para todos los bloques, el estado de entrada y el modo son monitoreados. Para los bloques de control, realización del bloqueo y detección de un control limitado también son monitoreados. Además, dispositivos FF y Hart que soportan las alarmas de hardware se muestran con el actual estado de alarma.
3.2 DESARROLLO DE UN PROYECTO EN DeltaV
Tras haber definido cada uno de los programas que se van a utilizar en este proyecto, se pretende explicar con detalle cómo realizar un proyecto en DeltaV.
Ya que se trata de un software bastante complejo para cualquier persona que esté iniciándose en el mundo de la automatización de procesos.
Al finalizar este apartado se deberían haber aprendido los siguientes conceptos:
➢ Creación de una área de trabajo en DeltaV Explorer;
➢ Configuración de las tarjetas del controlador;
➢ Descarga y actualización de las células de proceso, equipos de control, módulos de control y bloques funcionales;
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➢ Asignación y configuración de entradas y salidas a bloques de control;
➢ Desarrollo de una estrategia de control con el programa Control Studio;
➢ Diseño de una pantalla HMI.
Desarrollo de una nueva área de trabajo
El software ofrece diferentes programas con los cuales se puede desarrollar el proyecto: análisis, sintonización, diagnósticos, modos de control, entre otros.
Sin embargo, el programa para iniciar el área de trabajo para el control de un proceso industrial será a partir de DeltaV Explorer.
Se encuentra en la carpeta de la Figura 3.2.1.1 o en la siguiente ruta.
DeltaV -> ENGINEERING -> DeltaV Explorer
Figura 3.2.1.1. Vista en detalle del desplegable DeltaV
Al hacer clic dos veces, se abrirá la carpeta Engineering, Figura 3.2.1.2, y se muestran diferentes desplegables que hacen referencia a todos los programas que ofrece DeltaV.
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Figura 3.2.1.2 Vista en detalle del desplegable Engineering
Por último, se elige el programa con el que se quiere trabajar, en este caso es el Explorador de DeltaV y cuya interfaz se ilustra en la Figura 3.2.1.3.
Figura 3.2.1.3. Interfaz de DeltaV Explorer
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El sistema de DeltaV como se puede comprobar, se dividirá en una Librería, en un Sistema de Configuración, y en una Physical Network.
En la Figura 3.2.1.4 se puede ver en detalle cómo se encuentra configurado el área de trabajo ‘Exploring DeltaV’.
Figura 3.2.1.4. División en detalle de DeltaV Explorer
Por el momento, para crear el proyecto, se selecciona la siguiente ruta.
System Configuration -> Control Strategies
Al hacer clic con el botón derecho en ‘Control Strategies’ aparecerá el desplegable de la Figura 3.3.3 con las diferentes opciones que se pueden realizar. Se selecciona la que se ha marcado en azul, y de esta forma se creará una nueva área.
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Figura 3.2.1.5. Indicación de cómo crear un área de trabajo
Tras su creación, se pondrá un nombre diferente a los que ya existen. Siguiendo el protocolo de DeltaV en el ordenador de la UPCT, el nombre del área tiene que ser: XX-PLANTA_PILOTO.
El área que se llama: AREA_A es el que se crea por defecto y nunca deberá ser borrado ya que contiene una configuración básica y necesaria para el correcto funcionamiento del propio software.
A continuación, se añade al área creada los módulos necesarios. Se tiene la posibilidad de poder trabajar con 4 tipos de módulos, Figura 3.2.1.6, porque dependiendo del tipo de estrategia de control que se desee, un módulo será más apto que el otro.
Figura 3.2.1.6. Los diferentes tipos de módulos
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Para saber qué módulo es el que se necesita, se explica detalladamente las características de cada uno de ellos.
PROCESS_CELL (Célula de proceso): ‘Se trata de un grupo de equipos lógicos que incluyen los equipos necesarios para la producción de dos o más ‘batches’.
Será capaz de definir la lógica del control de un conjunto de equipos dentro del área’. Es el primer módulo creado (03-PLANTA_PILOTO).
UNIT MODULE (Módulo unidad): ‘Este módulo define todas las variables y fases de una unidad de proceso único’.
EQUIPMENT MODULE (Módulo de equipo): ‘Se trata de un módulo que nos proporciona un control de supervisión para un conjunto de módulos de control.
Un módulo de equipo puede contener uno o más módulos y normalmente están controlados usando estados o comandos que controlan dichos módulos’.
CONTROL MODULE (Módulo de control): ‘Se tratan de los algoritmos, condiciones, alamas, displays y otras características que en conjunto forman una parte específica de un equipo de control’. En este tipo de módulos será donde desarrollen los lazos de control de cada uno de los elementos que forman la planta piloto, dónde se creen las variables de E/S, etc.
Para crear los módulos de control que necesita la planta piloto, primero se identifican las variables de entrada, variables de salida, el tipo de señal asociada a cada una de ellas, y la cantidad de variables que existen en el proceso.
A continuación, se introduce una explicación sobre los diferentes modos de funcionamiento que tiene Control Studio.
Es importante tenerlos en cuenta porque ofrece diferentes categorías de bloques, y cada bloque se caracteriza por su funcionalidad.
- 42 - Conceptos de Control Studio
La aplicación ‘Control Studio’ en DeltaV, Figura 3.3.1.1, se utiliza para realizar el diseño de los diferentes módulos de control, desarrollo de plantillas necesarias para obtener la estrategia o determinar una secuencia de proceso. La construcción de este control se basa en diagramas de bloques, y dichos bloques se irán obteniendo de un apartado de Control Studio conocido como paleta (palette) y a través de la conexión de los mismos conseguiremos el algoritmo más adecuado para el módulo.
o Interfaz de trabajo en Control Studio
Figura 3.3.1.1. Interfaz de Control Studio
Esta aplicación será compatible con las diversas estrategias y lógicas que se necesitan en la industria, ya que incluye diferentes tipos de lenguaje para hacer la programación de dichos procesos menos compleja y más flexible.
El primer lenguaje sería por bloques de función para conseguir un control continuo. El segundo lenguaje sería la programación en forma secuencial utilizando diagramas SFC (Sequential Functional Control). Y un tercer lenguaje, sería la combinación de ambos lenguajes, ya que dentro de un mismo módulo de control son compatibles.
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Para la selección del tipo de lenguaje se sigue la siguiente ruta.
DeltaV -> Engineering -> Control Studio -> New
Cuando se configure el nombre del nuevo módulo de control, Figura 3.3.1.2, se observa que nos da la opción de cambiar el tipo de algoritmo, Figura 3.3.1.3, Se abre el desplegable y se observa que podemos cambiar ‘Function Block Diagram’
a ‘Sequential Functional Chart (SFC)’.
Figura 3.3.1.2. Interfaz por defecto del programa Control Studio
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Figura 3.3.1.3. Vista en detalle de la elección de la elección de la programación
En el caso de que la elección haya sido Function Block Diagram, la herramienta de trabajo fundamental es la paleta y se arrastrarán a la nueva hoja del proyecto los diferentes bloques que se vayan a utilizar.
• Paleta
La paleta o palette, conocido en el lenguaje DeltaV, incluye todos los bloques que podemos utilizar para desarrollar la estrategia de control. Dependiendo de la función y propiedades se encuentra una división de los diferentes bloques, que se detallan a continuación.
1. Bloques para el control avanzado
En este primer apartado de la paleta, Figura 3.3.2.1, se encuentran los bloques para realizar un control avanzado del proceso. Se pueden realizar estrategias de control basados en la lógica difusa (Fuzzy Logic), redes neuronales (Neural Network), control predictivo, MPC (Model Predictive Control) entre otros.
Figura 3.3.2.1. Bloques para el control avanzado
- 45 - 2. Boques para las funciones avanzadas.
Para la realización de funciones avanzadas, Figura 3.3.2.2, como realización de estados de transición, matrices de causa-efecto, determinar una acción de la secuencia del proceso.
Figura 3.3.2.2. Bloques para las funciones avanzadas
3. Bloques para el control analógico.
Realizar una operación con un bloque de cálculo, añadir un filtro, determinar un límite de operación, usar un control PID, entre otros, es lo que se encuentra en este tercer apartado. El control de las señales analógicas, Figura 3.3.2.3, del proceso se hace posible seleccionando uno de estos diferentes bloques dependiendo del resultado que se quiera obtener.
Con el bloque de cálculo/lógico se puede conseguir la elección de una salida dependiendo de la condición que se establezca a partir del estado de las entradas.
Con el bloque PID se puede hacer un control básico de la variable del proceso. Se puede determinar los valores de ganancia, constate de integración y acción derivativa, además, de la configuración de las alarmas fijando los límites deseados. Añadiendo un bloque de filtro se consigue una mejora en el valor de la salida del bloque PID.
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Figura 3.3.2.3. Bloques para el control analógico
4. Bloques para la medición de energía.
Para hacer un control de la medición de caudal, saturación de vapor, de temperatura, el ratio de densidad del vapor, la entalpia y entropía del agua.
Cuando se trate de un proceso industrial el cual estas variables de proceso tengan que conocerse con un detalle máximo se hará uso de estos bloques, Figura 3.3.2.4.
Figura 3.3.2.4. Bloques de control para la medición de energía
5. Bloques de entradas y salidas.
Entradas y salidas tanto analógicas como discretas, además de añadir los bloques necesarios para trabajar con comunicación Fieldbus.
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Agregando uno de estos bloques, Figura 3.3.2.5, al área de trabajo, se podrá establecer la asignación a uno de los sensores o actuadores que forman el proceso y obtener de esta forma la adquisición del valor de la medida como su estado.
Figura 3.3.2.5. Bloques de I/O analógicos
6. Bloques para funciones matemáticas.
Es posible la realización de operaciones matemáticas directamente, sin necesidad de utilizar un bloque de cálculo gracias a los bloques siguientes, Figura 3.3.2.6, obtención de un valor absoluto, realización de una suma, resta, división, multiplicación, uso de un integrador, comparador y operaciones aritméticas.
De esta forma, las señales van a poder ser procesadas y tratadas tal y como se necesite para obtener el resultado de todas ellas tal y como el proceso lo necesite.
Figura 3.3.2.6. Bloques para funciones matemáticas
- 48 - 7. Bloques de términos especiales.
Se encuentran parámetros, para la escritura y lectura de parámetros del proceso, Figura 3.3.2.7, a nivel tanto interno del bloque de control como a nivel externo, ya que es posible leer o escribir sobre un parámetro que se encuentre fuera de nuestro módulo de control gracias a estos bloques.
Figura 3.3.2.7. Bloques para términos I/O especiales
8. Bloques para los contadores de tiempo.
Por último, en la paleta encontramos los bloques con la propiedad de poder contar tiempo, Figura 3.3.2.8. Tenemos desde un contador físico, hasta un bloque que nos proporciona un retraso o adelanto en tiempo un contador de pulsos o un bloque en el cual podemos apuntar un evento.
Figura 3.3.2.8. Bloques para contadores
Sin embargo, si el tipo de control seleccionado es SFCs nuestra herramienta, la paleta, cambiará sus bloques ya que para desarrollar el lenguaje secuencial necesitaremos otro tipo de bloques de función.
Los SFCs son usados para controlar secuencias de tiempos o eventos, por ejemplo:
poner en marcha o apagar la secuencia de un equipo.
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La paleta quedaría con los bloques y elementos de la Figura 3.3.2.9.
Figura 3.3.2.9. Parámetros de programación SFC
Las definiciones que se presentan a continuación serán necesarias para la posterior creación de una función secuencial.
Definición Elemento
Pasos: acción o acciones a ejecutar.
Transición: elemento que determina cuando se procede al siguiente paso. Se basa en una expresión/condición que para que se cumpla debe estar evaluada como TRUE.
Terminación: símbolo especial que representa el final de una secuencia. Puede
incluir en ocasiones una
expresión/condición.
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A continuación se detallan unos ejemplos de cómo se podría implementar un bloque SFC.
Ejemplo 1. Con una única secuencia.
De esta forma, cuando se vayan cumpliendo las condiciones de las transiciones se irá pasando al siguiente paso hasta completar el ciclo completo y llegar a
‘STOP_AND_WAIT’.
Figura 3.3.2.10. Configuración 1 en programación SFC
Las aplicaciones que puede tener un SFC son más amplias. Se pueden configurar de forma que se ejecuten dos secuencias en paralelo con la propiedad de convergencia o divergencia en paralelo, además de tener la posibilidad de poder definir dos secuencias en paralelo y dependiendo de la condición de la transición que se cumpla primero ejecutarse una u otra.
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Ejemplo 2. Se incluye la realización de dos secuencias con caminos divergentes al inicio, y se termina con una convergencia paralela.
Figura 3.3.2.11. Configuración 2 en programación SFC
Estos dos ejemplos muestran dos de las tantas configuraciones que se pueden hacer con este tipo de programación. Como a cada bloque de acción se le puede asignar una actuación y a cada transición se le puede asignar una o más condiciones del proceso, esto proporcionará una libertad a la hora de desarrollar una estrategia de control, ya que se podrá conseguir configurándola con más de una solución.
- 52 - Configuración del controlador
Analizando los proyectos ya existentes, se ha creado una tabla para facilitar la configuración de las variables del proceso.
Las E/S con las que cuenta la planta piloto son las que presentan a en la Tabla 1.
Tabla 1. Configuración de las señales de entrada y salida del DCS.
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Teniendo en cuenta los canales en los cuales están las bombas, electroválvulas, tiristores y sensores de la planta conectados, y sabiendo que no se pueden utilizar los mismos nombres para las etiquetas, se han creado nuevas etiquetas para el proyecto, Tabla 2.
Tabla 2. Nombre de las etiquetas utilizadas en el proyecto 03-PLANTA_PILOTO
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• Creación de las tarjetas de entradas y salidas (I/O) (considerando las indicaciones mostradas en la Tabla 1).
Paso 1. Se sigue la siguiente ruta para iniciar esta configuración.
Exploring DeltaV -> Physical Network -> Control Network -> Elección de nuestro controlador: CTRL-03 -> I/O
Figura 3.4.1.1. Desplegable de la configuración de I/O
Paso 2. Configuración y habilitación de las tarjetas del sistema. Dependiendo de las señales de entrada y salida que tenga el proceso, cada tarjeta puede ser de un tipo. Entrada analógica, salida analógica, entrada discreta o salida discreta. También tiene la opción de utilizar Fieldbus.
Figura 3.4.1.2. Vista en detalle de la configuración de I/O
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Se observa en la Figura 3.4.1.2 que cada tarjeta tiene configurados 8 canales, a los cuales se les atribuye el nombre CH0X. (Los que se encuentran con el icono
‘blanco’ significa que no están habilitados, es decir, pueden estar configurados con una etiqueta de I/O pero el controlador no los tendrá en cuenta. No obstante, si se habilita con la opción de ‘Enable’, el icono pasará a un color ‘amarillo’ y significará que el canal está configurado como E/S y el controlador lo podrá utilizar).
Paso 3. Configuración del todas las entradas y salidas del proceso del área de reacción. El resultado en detalle que se obtiene es el siguiente. Se crearán 7 tarjetas con 8 canales cada uno. Habilitamos desde la tarjeta C02 hasta la C06.
La tarjeta C02 tipo salidas discretas (Discrete Output - 8 Channels):
La tarjeta C03, tipo entradas analógica (Analog Input - 8 Channels):
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La tarjeta C04, tipo entrada analógica (Analog Input - 8 Channel):
La tarjeta C05, tipo entrada analógica (Analog Input 8 Channel):
La tarjeta C06, tipo salida analógica (Analog Output – 8 Channels):
Por último, creamos una tarjeta en C07 del tipo ‘Fieldbus’ con dos puertos:
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Este es el resultado final de cómo deberían quedar las tarjetas configuradas para poder trabajar sobre la planta piloto con la conexión realizada en el DCS en el proceso de reacción.
• Creación de la estrategia de control
Paso 1. Creación de un nuevo documento en Control Studio.
Se abrirá un nuevo documento en Control Studio a través un nuevo módulo de control en el área de trabajo DeltaV Explorer. O bien, se puede abrir directamente el programa Control Studio desde DeltaV, de la siguiente forma.
Se deberá elegir el tipo de programación tal y como aparece en el desplegable de la Figura 3.4.2.1.
DeltaV -> Engineering -> Control Studio
Figura 3.4.2.1. Selección del tipo de programación en Control Studio
Normalmente, la estrategia de cada lazo de control se realiza con el tipo de
‘Function Block Diagram’. Sin embargo, si queremos programar la secuencia de operación de un proceso industrial, se elegirá entonces el tipo ‘Sequential Block Diagram’.
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Paso 2. Asignación de bloques al área de trabajo en Control Studio.
Se elige un bloque, por ejemplo, una entrada analógica (AI). Se encuentra en la Paleta, en el apartado de I/O y se arrastra al centro del área de Control Studio.
Y se selecciona el bloque al que queremos asignar a una etiqueta haciendo clic con botón derecho, saliendo el cuadro de opciones de la Figura 3.4.2.2.
‘Assign IO’ -> To Signal Tag
Figura 3.4.2.2. Operación para asignar una variable al bloque de función
Tras hacer la selección previamente detallada, nos aparecerá la siguiente pantalla Figura 3.4.2.2, la cual es necesaria para poder hacer la búsqueda de todas las etiquetas (Tag’s) que están configuradas en nuestro controlador.
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Dependiendo del tipo de bloque de E/S con el que se esté haciendo la búsqueda en el controlador, aparecerán únicamente las etiquetas que se hayan sido configuradas con ese mismo tipo. Esto quiere decir, que a la hora de configurar las etiquetas en las tarjetas del DCS se tiene que tener claro el tipo de señal que va a generar ese sensor o actuador.
Figura 3.4.2.3. Pantalla de opciones tras seleccionar ‘Assign to a signal tag’
Utilizando la opción de ‘Browse’, tal y como indica la Figura 3.4.2.4, seleccionamos el controlador donde hayan sido creadas esas etiquetas.
Figura 3.4.2.4. Cuadro de opciones para la elección del controlador
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En mi caso, el controlador que he creado asociado al proyecto 03- PLANTA_PILOTO se llama ‘CRTL-03_PP3’ y todas las tarjetas que he creado del tipo ‘Analog Input Cards’ son las que aparecen en la Figura 3.4.2.5.
Figura 3.4.2.5. Variables analógicas de entrada del proceso de reacción
Elegimos la que queremos asignar al bloque AI y hacemos clic en OK. Aparecerá otra pantalla, Figura 3.4.2.6, que será la que indique en el apartado ‘Device Signal’ a qué se ha asociado el bloque de función.
Si es correcta la asignación, se vuelve a clicar sobre OK.
Figura 3.4.2.6. Cuadro de opción para la asignación de la señal al bloque de función
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Una vez finalizada esta operación, para verificar que hemos asignado la etiqueta correcta, en la parte inferior del bloque AI tendrá que aparecer la línea de código:
IO_IN=CTRL-03_PP3/IO1/C0X/CHXX
El primer parámetro, CTRL_03-PP3, indica en qué controlador se encuentra; el segundo parámetro, IO1, si es una etiqueta de entrada o salida; el tercer parámetro, C0X, en qué tarjeta; y el cuarto parámetro, CHXX, en qué canal se ha configurado.
El resultado en el bloque AI quedaría como se muestra en la Figura 3.4.2.7.
Figura 3.4.2.7. Configuración final del bloque AI1
Como conclusión, todas las etiquetas que se tengan que incluir en el proyecto, ya sean E/S analógicas o digitales se utiliza este mismo procedimiento para configurar y asignar cada una de ellas al elemento al que hacen referencia en el proceso.
- 62 - Creación de una pantalla HMI
Paso 1. Se abre el programa a través de la siguiente ruta.
Delta V -> Engineering -> DeltaV Operate Configure -> New -> Tipo de pantalla: main
O si se quiere modificar una pantalla que ya ha sido creada, clic en el botón derecho, Figura 3.5.1., y se selecciona ‘Quick Edit’.
Figura 3.5.1.1. Quick Edit en DeltaV Operate Configurate
El programa llevará al configurador de DeltaV para poder añadir, modificar o editar los elementos que se encuentran en la pantalla o directamente se podrá crear una nueva.
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Paso 2. Se despliega la carpeta con el nombre de ‘Dynamo Sets’, y se seleccionan las figuras que se quieran añadir a la pantalla.
Figura 3.5.1.2. Lista de dynamos en modo Configure
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Paso 3. Se seleccionan los elementos que hagan referencia al dispositivo real, y se arrastra a la pantalla del nuevo proyecto.
1. Dynamos para las válvulas.
Previamente habiendo creado el módulo asociado a la apertura/cierre de las válvulas, y estando asociado a nuestro controlador, se seleccionaría el siguiente tipo de válvulas, Figura 3.5.1.3, que ya viene con animación.
Figura 3.5.1.3. Elección de la válvula
Se selecciona y se arrastra, Figura 3.5.1.4, dónde se quiera ubicar la figura.
Figura 3.5.1.4. Forma de arrastrar la válvula al HMI
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Lo único que se tendrá que configurar será el tipo de válvula, NC (normally closed) o NO (normally open), Figura 3.4.11, y la ruta de dónde se encuentra nuestro módulo a utilizar seleccionando el botón de tres puntos.
Figura 3.5.1.5. Selección del modo de la válvula
DVSYS.XV-101/XV-101/SP_D.F_CV
Los términos que nos aparecen en la ruta significan lo siguiente:
DVSYS – Se inicializa diciendo que se trata de un sistema DeltaV.
XV-101 – Nombre del módulo de control.
DO1 – Nombre del bloque de función.
SP_D – Se trata del valor que vamos a leer, que será el parámetro del bloque DO que hará que la salida de la válvula cambie de 0 a 1 y viceversa.
F – Se trata del tipo de parámetro. En este caso al ser F es de tipo Float. Si hubiésemos querido poner el estado, si está OPEN o CLOSED tendríamos que haber elegido el parámetro PV_D y haber puesto de tipo A, ya que un dato no numérico se representa con el lenguaje ASCII.
CV – Current Value. Se trata de que el parámetro es el actual,
Esta ruta también se puede introducir manualmente, y hacer los cambios que se deseen, pero la expresión siempre debe seguir el orden comentado anteriormente y con las pautas que se muestran.
- 66 - 2. Dynamos para las bombas.
Teniendo otro módulo asociado a la activación y desactivación de las bombas podemos asignarle una dynamo en DeltaV Operate Configure.
Siguiendo los mismos pasos que se explicaban en el apartado ‘Dynamos para válvulas’, se busca el apartado de PumpAnim, Figura 3.5.1.6, y una vez localizado, se selecciona y se arrastra la bomba que más convenga al proyecto.
Figura 3.5.1.6. Elección de la bomba
Se pide asignar la bomba al módulo de control ya creado, Figura 3.5.1.7, a través de la opción de los tres puntos suspensivos tal y como se detalló en la dynamo de las válvulas. La ruta a nuestra bomba queda de la siguiente forma.
En este caso, tenemos que cambiar dos aspectos que vienen por defecto y no serviría. En el apartado Color Thresshold, elegir Exact Match. Por último, cambiar el 10 de la segunda fila por un 1, y eliminar el resto de las filas con el botón Delete Row. Si se desea, se pueden cambiar los colores asignados al 0 y al 1. En mi caso, si la bomba está en rojo (0) indico que está apagada, si está en verde (1) está en funcionamiento.
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Figura 3.5.1.7. Configuración de la animación de la bomba
Existe otra posibilidad de configuración para introducir el modo manual para la apertura/cierre de las electroválvulas o para dar marcha/paro a las bombas en este tipo de dispositivos. Previamente, el módulo de control se ha tenido que diseñar a través de una plantilla de la librería (Modules Templates) y vienen asignados un tipo de Faceplates.
3. Animación rellenar
Este tipo de animación se basa en simular el llenado de un tanque, el paso de agua por una tubería, ya que da la posibilidad de cambiar de color la figura seleccionada con esta animación dependiendo de la configuración que se haya seleccionado.
En el caso que se muestra en la Figura 3.4.13, se trata del llenado de un tanque, y se selecciona el objeto, clic en el botón derecho y opción de Animaciones -> Fill Porcentage. Este llenado puede ser horizontal o vertical, dependiendo del tipo de animación que se busque.
Figura 3.5.1.8. Animación para llenado
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Se tiene que asociar un módulo del área del proyecto, Figura 3.5.1.9, para que la animación pueda responder ante los cambios que se produzcan en ese módulo de control. Como en el ejemplo, si se asocia al transmisor de nivel del tanque 1, se llenará la animación en base a lo que está marcando el valor actual del transmisor de nivel.
Figura 3.5.1.9. Configuración de la animación de llenado
4. Añadir un valor alfanumérico.
Se tiene la posibilidad de poder introducir por pantalla un valor alfanumérico. Para ello, se introduce un ‘Data Link’ y se anima con el tipo: ‘Data Enty Expert’, Figura 3.5.1.10, Se deberá asociar a un bloque de entrada especial, que previamente se ha creado en el módulo de control correspondiente.
En el ejemplo, se trata de poder introducir el valor de referencia (SP) de la temperatura a la que se quiere alcanzar en la camisa del reactor. De esta forma, se podrá modificar tantas veces como se quiera este valor de temperatura.
Figura 3.5.1.10. Configuración animación Data Entry
- 69 - 5. Mostrar un valor alfanumérico
La visualización de los valores de las variables del proceso se podrán mostrar gracias a la opción que nos ofrece DeltaV Operate Configure a través de introducir un ‘Data Link’, Figura 3.5.1.11.
Figura 3.5.1.11. Configuración Data Link
En el apartado ‘Source’, Figura 3.5.1.11, se deberá introducir la ruta dónde se encuentra el valor de la variable a mostrar en pantalla.
Si se trata de un valor numérico el tipo debe ser F (Float). Sin embargo, si el valor mostrar un estado de encender/apagar, abrir/cerrar, en marcha/parado, abierto/cerrado se tendrá que cambiar la F por una A (ASCII).
Una vez que se ha configurado el controlador, se ha explicado paso a paso cómo abrir un nuevo proyecto, la funcionalidad que tiene Control Studio, cómo hacer una pantalla HMI y cómo funciona la paleta, se puede proceder a desarrollar la estrategia de control que necesita el área de reacción de la planta piloto, que se muestra en el Capítulo 4.
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4. DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL
4.1
Bloque de función PID en DeltaVIntroducción al bloque PID
El bloque PID, Figura 4.1.1.1, en el software DeltaV lo encontramos en el programa Control Studio-> Palette -> Analog Control, tal y como se explica en el Capítulo 3.
Figura 4.1.1.1. Bloque funcional PID
Otra forma de encontrar el bloque PID es en DeltaV Explorer es en el apartado de
‘Module Template’. Eligiendo el PID de esta forma, se trata de una plantilla que ya ha sido creada automáticamente y arrastrándola a nuestra área de trabajo se creará inmediatamente el módulo de control incluyendo este bloque PID. Luego, podrá ser configurado con los valores deseados desde el Control Studio.
Inicialmente, el bloque se encuentra con arbitrariamente con 8 entradas y con 2 salidas. Además, internamente podemos observar cómo se estructura, Figura 4.1.1.2, y comprobar que existen muchos más parámetros para configurar.
