MÉXICO, D.F. 2010
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN SIP 20100104
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
P R E S E N T A :
“SISTEMA DIGITAL DE MONITOREO Y CONTROL DE
PROCESOS PARA UNA PLATAFORMA DE
PERFORACIÓN”
DAVID GARCÍA CAMACHO
I NS T IT U TO P O LI TÉ C N IC O N A C I ON A L
E S CUE LA S UP E RI OR DE I NGE NI E RÍ A M E CÁ NI CA Y E L É CTR ICA
AGRADECIMIENTOS.
Primeramente a mi Madre que motiva siempre mi esfuerzo con su lucha, sus palabras, pero sobre todo su amor: Heriberta Camacho.
A mi padre por sus consejos, exigencia y su ejemplo: parte fundamental de lo que soy.
A mis Hermanos que comparten siempre su aprecio, preocupación, cuidado y admiración para el menor.
INDICE.
INTRODUCCION. 1
Capítulo I. PLANTEAMIENTO. Especificaciones técnicas de
sistema de control. 3
1.1 GENERALIDADES. 3
1.2 DISPONIBILIDAD. 6
1.3 CONFIABILIDAD. 6
1.4 UNIDAD DE PROCESAMIENTO REMOTO. 6
1.4.1 PROCESADOR REDUNDANTE. 7
1.4.2 MODULOS DE ENTRADA/SALIDA. 7
1.4.3 SUMINISTRO ELECTRICO. 8
1.4.4 MODULOS DE COMUNICACION. 9
1.4.5 MODULOS DE SEGURIDAD INTRINSECA. 9
1.4.6 GABINETE. 10
1.4.7 REQUERIMIENTOS INTERFASE HUMANO-MAQUINA. 12
1.5 SOFTWARE. 12
1.5.1 UNIDAD DE PROCESAMIENTO REMOTA. 26 1.5.2 SOFTWARE DE LA INTERFASE HUMANO MAQUINA. 27 1.5.3 ACTUALIZACION DEL SOFTWARE DEL SISTEMA DE CONTROL
DISTRIBUIDO 28
1.6 ACEPTACION Y PRUEBAS 28
1.6.1 PRUEBAS DE ACEPTACION EN FÁBRICA 29 1.6.2 PRUEBAS DE ACEPTACION EN SITIO 30
1.6.3 PUESTA EN OPERACIÓN 30
Capítulo II. MARCO TEORICO. 31
2.1 SISTEMAS DE CONTROL. 31
2.1.1 FUNCIONAMIENTO. 33
2.1.2 PROPORCIONAL. 34
2.1.3 INTEGRAL. 35
2.1.4 DERIVATIVO. 36
2.1.5 SIGNIFICADO DE LAS CONSTANTES. 37 2.1.6 AJUSTE DE PARAMETROS DEL PID. 38
2.1.7 AJUSTE MANUAL. 39
2.1.8 PROTOCOLO DE COMUNICACIONES. 39
2.1.9 ESTANDARIZACION. 39
2.1.10 ESPECIFICACION DE PROTCOLO. 40
2.1.11 RED INDUSTRIAL. 40
2.1.12 TECNOLOGIA DE BUSES DE CAMPO. 41
2.1.13 PROTOCOLO HART. 41
2.1.14 PROTOCOLO MODBUS. 43
2.1.15 SEGURIDAD INTRINSECA. 44
2.1.15.1 INTRUMENTOS INTRINSECAMENTE SEGUROS. 45
2.1.15.2 CABLES DE SEÑAL. 45
Capítulo III. IMPLEMENTACION DE PROYECTO. 47
3.1 ELEMENTOS HARDWARE. 47
3.1.1 CHASIS PRINCIPAL. 47 3.1.2 CHASIS ESTÁNDAR 48 3.1.3 TARJETA PROCESADORA. 49 3.1.4 TARJETA DE SALIDAS ANALOGICAS. 52 3.1.5 TARJETA DE ENTRADAS ANALOGICAS. 53
3.1.6 TARJETA DE ENTRADAS DIGITALES. 55 3.1.7 TARJETA DE SALIDAS DIGITALES. 56 3.1.8 TARJETA DE COMUNICACIÓN SERIAL 2 PUERTOS. 57 3.1.9 TARJETA DE DIRECCIONAMIENTO. 63 3.1.10 TARJETA BUS SWITCH RTP2200. 64
3.1.11 TARJETAS BUS IN, BUS OUT Y TERMINADORA. 65
3.1.12 MTL4046P DISPOSITIVO AISLADOR SALIDA ANALOGICA 66 3.1.13 MTL4016 DISPOSITIVO AISALDOR ENTRADA DIGITAL 67
3.1.14 MTL 4021 DISPOSITIVO AISLADOR SALIDA DIGITAL 68 3.1.15 MTL 4044 DISPOSITIVO AISLADOR ENTRADA ANALOGICA 69 3.1.16 SERIE MTL4040 70
3.1.17 MTL4841 70 3.1.18 MTL4842 71 Capítulo IV. INTEGRACION DE LA RED RTP 72 4.1 HARDWARE 72 4.2 PROGRAMACION. Software. 77 4.2.1 INTERFASE HUMANO MAQUINA (IHM) 77
4.2.2 CONFIGURACION LOGICA DE LA ARQUITECTURA. 87 4.2.3 CONFIGURACION DE VARIABLES Y LOGICAS DE PROGRAMACION. 95 CONCLUSIONES. 102
GLOSARIO DE TERMINOS. 103
ANEXO A. 108
OBJETIVO.
El siguiente trabajo presenta una descripción detallada del desarrollo realizado en un proyecto de un Sistema de Control implementado en una plataforma petrolera para la empresa mexicana PEMEX Exploración y Producción, dentro del activo Cantarell en el golfo de México a 85 kilómetros de Ciudad del Carmen en el estado de Campeche.
El trabajo de dicho proyecto presenta un panorama detallado del equipo seleccionado: desde su planificación, instalación y la integración del mismo con los instrumentos de campo de la plataforma, así como también se podrá tener una revisión de las lógicas de control empleadas para la manipulación de algunos procesos, consideraciones empleadas para estas, un listado de algunas dificultades encontradas en la misma integración. Se podrá observar a detalle la ingeniería realizada para interpretar el proyecto, y se presentara el desarrollo de la Interfase Hombre Maquina, así como los protocolos de comunicación que intervinieron en el proceso de integración de los diversos equipos paquetes y sistemas de seguridad como son paro por emergencia y gas y fuego al sistema de control.
Tiene como propósito la divulgación a las personas con poca o ninguna experiencia en el ramo, ya sea para motivar o enriquecer su curiosidad en este fabuloso y enorme mundo del control y automatización dedicado a este tipo de proyectos.
JUSTIFICACION.
INTRODUCCION.
Para comprender un poco el funcionamiento del sistema de control dentro de alguna aplicación, podemos emplear un ejemplo muy sencillo y cotidiano y que tenemos día con día a la vista de nosotros. Cuando una persona desea tomar un baño en un lugar donde no se puede hacer con agua fría, se tiene primeramente que calentar el agua por medio de un calentador ya sea eléctrico o de gas. Como primera acción abrimos la llave del agua fría antes de meternos a la regadera, y después abrimos la caliente, aunque al final esto es según la persona y su criterio. Como segunda acción se introduce la mano con la finalidad de ver que tan caliente o fría se encuentra la mezcla de agua. Si el agua no está lo suficientemente caliente por la persona opta por abrir más la llave del agua caliente, o por cerrar un poco la llave del agua fría. Según vaya viendo como se alcanza la temperatura deseada por la persona, ésta continuara hasta cumplir con el propósito. Este juego de apertura de llaves ya sea caliente, fría, y el mismo proceso de observar la temperatura forman en su conjunto un sistema de control. Un sistema de control básico, está formado por elementos que adquieren información (nuestras manos en el ejemplo), elementos que procesan la información y transmiten ordenes (nuestro cerebro), y elementos que actúan en base a dichas ordenes (nuestras manos).
En muchos lugares existen sistemas de control, algunos orgánicos, otros son organizaciones y algunos otros son las maquinas. Los objetivos principales de los sistemas de control en la industria son el poder realizar los diversos procesos de una manera más fácil, rápida, precisa, segura haciendo uso de los avances tecnológicos que se han desarrollado y que siguen mejorándose día con día. De esta manera los procesos son controlados de una manera más eficiente, siendo cada vez más estables ante la presencia de perturbaciones o errores dentro del modelo al cual se aplica, y poniendo así, en menor riesgo tanto las vidas humanas como los mismos procesos.
se registran también valores de tipo boléanos de entrada y salidas, o incluso fallas dentro del mismo sistema a nivel de hardware. Otra característica importante es que cuentan con la configuración de tendencias (graficas) en tiempo real y registros, las cuales nos ayudan a visualizar el comportamiento de variables de procesos en un tiempo determinado. Dentro de una planta industrial como son las plataformas petroleras existen principalmente 3 tipos de sistemas de control: Sistemas de control de seguridad (Gas y Fuego, y paro por emergencia) y los sistemas de control distribuido de procesos. Esto no significa que sean los únicos. Hay también equipos que realizan controles dedicados de manera local en algunos procesos menores, dentro de la planta. La manera en cómo es elegido un equipo de otro, radica principalmente con el tipo de proceso a controlar, la seguridad que necesita, así como también el nivel de importancia del mismo proceso. No se utilizan, por ejemplo, los mismos equipos para controlar un sistema de Gas y Fuego, que un control de alguna fuente de alimentación. Un sistema de Gas y Fuego requiere de equipos de alto grado de confiabilidad de ahí que soy implementados con los llamados TMR ( Triple Modular Redundancy) este sistema tiene como función el monitoreo de agentes tóxicos que puedan ocasionar el riesgo ya sea para el personal en plataforma o para la integridad de la misma. Monitorea posibles agentes inflamables o incluso alguna condición de presencia de fuego, tomando alguna acción necesaria para contrarrestar estos eventos no deseados.
El sistema de Paro por emergencia es un sistema enfocado a partes especificas del proceso las cuales determinan condiciones que ponen en riesgo la integridad completa de la plataforma, como pueden ser grandes presiones de flujo dentro las mismas líneas de distribución en la plataforma, tomando como acción principal el paro parcial o completo de la planta.
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO. Especificación Técnicas del Sistema de
Control.
Para el comienzo del desarrollo de la implementación del Sistema de Control es indispensable cubrir los requerimientos del cliente y que se cumplan en lo absoluto cada uno de los puntos solicitados por el mismo.
A continuación se mencionan las características más importantes que se debieron cumplir en el desarrollo del sistema.
1.1 GENERALIDADES.
El Sistema de Monitoreo y Control (SDMC), debe ser igual a los ya instalados de marca Real Time Processors (RTP) en periféricas del complejo de producción Akal-J del campo Cantarell y debe estar compuesto por una unidad de procesamiento remoto (UPR) con arquitectura abierta de acuerdo a modelos OSI/ISO, integrado por procesador, módulos de entrada digital, módulos de entrada analógica, módulos de salida digital, modulo de salida analógica, redundancia en procesador y tarjetas de entrada y salida para lazos de control analógicos, circuitos supervisados, fuentes de alimentación redundantes, módulos de comunicación, módulos de seguridad intrínseca, gabinetes NEMA 4x de acero inoxidable 316, alarma audible y visible, pantalla de configuración/visualización integrada, unidad de programación portátil. Se debe proporcionar el software y hardware necesario para que la plataforma periférica sea monitoreada y controlada por el sistema de control distribuido (SCD) TOTAL PLANT SOLUTION (TPS) fabricado e instalado por Honeywell en la plataforma habitacional. Suministro de material, herramienta y mano de obra para la instalación e interconexión de los equipos, configuración, programación, pruebas de aceptación en fabrica y sitio, embalaje, embarque y transportación al sitio de instalación, capacitación del personal, servicios de mantenimiento al vencimiento de la garantía, partes de repuesto para dos años de operación, garantías y documentación de acuerdo a la especificación. La identificación: SDMC-UPR-001.
La especificación define los requerimientos técnicos mínimos necesarios que debe cumplir el proveedor para el diseño, adquisición, programación, configuración, servicios y documentación de un sistema digital de monitoreo y control (SDMC)* del tipo distribuido, compuesto por una unidad de procesamiento remoto (UPR)*, a utilizarse en la plataforma de perforación. *Ver glosario de Términos
transmisión de datos en tiempo real, hacia un sistema de control distribuido existente en la plataforma habitacional.
La UPR deberá ser capaz de comunicarse con la instrumentación inteligente de campo mediante protocolos de comunicación HART y Modbus. La UPR deberá ser capaz de comunicarse con procesadores lógicos programables (PLC) de equipos paquetes mediante protocolo de comunicación Modbus. La UPR deberá ser de arquitectura abierta, de acuerdo a las normas de ISO/OSI, considerando los conceptos de portabilidad, interoperabilidad, compatibilidad y escalabilidad.
El proveedor deberá cotizar y especificar la UPR de acuerdo a esta especificación, tomando como base la arquitectura mostrada en el dibujo 1, así como la arquitectura del SCD existente del complejo instalado por Honeywell mostrado en el mismo.
El dibujo describe la manera en la cual se integraran los 3 sistemas de control existentes en la plataforma; SDMC, SPPE-TMR, SG&F-TMR, así como todo aquello con lo que se conforma. Señales provenientes de los instrumentos de campo, de sistemas de control local como son microturbinas, transmisores multivariables, quemador, UPS, paquete de separador de prueba, etc, así como las interfases de comunicaciones entre las que se encuentran: comunicaciones RS-232, RS-485, Ethernet.
1.2 DISPONIBILIDAD.
La UPR deberá de contar con redundancia en sus principales elementos, considerando como mínimo redundancia en: enlaces de comunicación, procesadores, tarjetas entrada/salida de lazo de control analógico, fuentes de alimentación. La transferencia debe ser automática sin alterar o degradar la calidad de funcionalidad y operación de los dispositivos restantes.
1.3 CONFIABILIDAD.
La UPR deberá tener una confiabilidad mínima del 99.98%. Deberá garantizar que la UPR contara con la tecnología más reciente disponible en el mercado y se mantendrá en competencia en el mercado futuro mínimo 10 años. También deberá estar diseñado de tal forma que se le pueda dar mantenimiento en línea sin afectar la operación total del sistema.
Deberá contar con auto diagnóstico para cada uno de los elementos que lo integran. Y deberá ser capaz de operar en forma autónoma sin afectar la operación del SCD del complejo una vez integrada al mismo. La UPR deberá operar satisfactoriamente, tanto en forma independiente como en conjunto con cualquier otro equipo que sea situado cerca, sin ser afectada por voltajes de interferencia y campos magnéticos producidos por fuentes externas; también se requiere que no sea en sí mismo una fuente de interferencia que pueda afectar la operación de otros equipos.
1.4 UNIDAD DE PROCESAMIENTO REMOTO.
La upr debe ser capaz de ejecutar todas las funciones de monitoreo y control de las variables de proceso, del área o instalación donde se encuentre asignada.
Se deberá proporcionar los componentes de la UPR considerando como base los siguientes elementos:
Procesador redundante.
Módulos de entradas/salidas.
Módulos de alimentación redundante.
Módulos de comunicación.
Módulos de seguridad intrínseca.
1.4.1 PROCESADOR REDUNDANTE.
Cada UPR debe contar con procesador redundante trabajando en línea. En caso de falla del procesador principal, la UPR debe proporcionar una señal de alarma y el control debe ser tomado automáticamente por el redundante en menos de un milisegundo, sin afectar su función.
Los programas de los controladores deberán ser almacenados en memoria tipo ―flash‖, es decir que no se requiera el uso de baterías externas para mantener los programas en memoria en caso de falla de alimentación eléctrica o en caso de estar desenergizado por periodos superiores a 12 meses. Esta memoria debe almacenar el programa y los datos de entrada y salidas por un tiempo superior a 12 meses. Esta memoria flash debe almacenar información del programa, datos de campo, variables de cálculos internos y datos de memoria FIFO, solamente el reloj o contador de la tarjeta puede tener batería, en cuyo caso será una batería de litio removible fácilmente y disponible comercialmente.
Los procesadores deberán incluir microprocesadores de 32 bits a 300 MHz.
Deben soportar la sustitución en línea sin afectar y/o alterar la operación del sistema (respaldo en caliente). Es decir sin tener que reconfigurar los programas de software, alterar el alambrado o cableado del sistema, desenergizar el sistema o la energía del modulo, reinicializar el equipo, así mismo no se debe requerir acciones por parte del operador para restaurar el sistema a su operación normal.
1.4.2 MODULOS DE ENTRADAS/SALIDAS.
Deben ser del tipo estado sólido y contar con circuitos de protección para valores fuera de rango.
Los módulos de entradas/salidas deben estar basados en microprocesadores y contar con capacidad de autodiagnóstico en línea, así como con circuitos de protección por cada canal de las siguientes condiciones: corto circuito y/o sobrecorriente y diagnósticos de circuito abierto.
MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA.
Rango 4-20mA, 24 VCD y protocolo HART.
Resolución mínimo 16 bits de dato efectivo.
Exactitud +/- 0.002% del Span.
Indicación del estado de cada entrada mediante leds.
Circuito de protección por valores fuera de rango.
MODULO DE ENTRADA DIGITAL
Rango 24 VCD.
Tipo de aislamiento óptico.
Retardo máximo de respuesta. 2ms/canal.
Indicación del estado de cada entrada mediante leds.
MODULO DE SALIDA ANALÓGICA.
Rango 4-20mA, 24 VCD y protocolo HART.
Resolución mínimo 16 bits.
Exactitud +/- 0.02% del Span.
Indicación del estado de cada salida mediante leds.
MÓDULOS DE SALIDA DIGITAL.
Tipo contacto seco.
Rango 24 VCD.
Retardo máximo de respuesta 10ms/canal.
Capacidad de Salida 3 A. Mínimo.
Indicación del estado de cada entrada mediante leds.
MÓDULO DE SALIDA DIGITAL.
Tipo contacto seco.
Rango 120 VCA.
Retardo máximo de respuesta 10 ms/canal.
Capacidad de salida 2.5 A. Mínimo.
Indicación del estado de cada entrada mediante leds.
1.4.3 SUMINISTRO ELECTRICO.
1.4.4 MODULOS DE COMUNICACIONES.
La UPR contara con los elementos, materiales, conductores y programación necesarias para enlazarse con el equipo de telecomunicaciones (switch de comunicaciones) ubicado en el cuarto de control, el enlace será vía radio, transmitirá y cubrirá información y datos.
La UPR contara con dos puertos redundantes hacia una red tipo Ethernet TCP/IP RJ-45, un puerto redundante se conectara al switch de comunicaciones y el otro puerto redundante se considera como ―espera‖.
La UPR contara con 31 puertos redundantes de comunicaciones RS-485 para enlace con equipos paquetes o similares mediante protocolo de comunicación Modbus.
Sistema de paro por emergencia TMR SPP-UPR-001
Paquete separador de prueba PA-1101.
Tablero de control principal de microturbinas TAB-D
Sensor de fondo de pozo.
Sistema de fuerza ininterrumpible UPS-01.
Cargador de batería SDMC CB-001
Cargador de batería SPPE CB-002
Cargador de batería SGF CB-002
Instrumentación inteligente
Reserva
El proveedor deberá indicar claramente el tiempo de interfase, protocolo y velocidad de transmisión real de datos que está proponiendo para cubrir estos requerimientos.
La UPR contara con puerto de comunicación serie RS-232C para enlace con la unidad de programación portátil.
1.4.5 MODULOS DE SEGURIDAD INTRINSECA.
Se deberán proporcionar módulos de seguridad intrínseca alojados dentro del gabinete de la UPR, para la instrumentación del sistema digital de monitoreo y control. Los módulos de deberán de ser apropiados para el tipo de instrumentación requerida por el SDMC.
Los módulos de seguridad intrínseca deben contar con la interfase necesaria para poder diagnosticar los elementos primarios del SDMC, el protocolo de comunicación de la instrumentación analógica es HART.
Los módulos de seguridad intrínseca para los circuitos de control (loops) deben ser redundantes trabajando en línea. En caso de falla del modulo principal, la UPR debe proporcionar una señal de alarma y el modulo debe ser tomado automáticamente por el redundante, sin afectar su funcionamiento.
Los módulos deberán ser reemplazables en línea sin afectar la operación del SDMC.
Se debe considerar la cantidad de módulos necesarios para efectuar la conexión punto a punto.
1.4.6 GABINETE.
Los componentes de la UPR serán alojados en gabinetes que pueden ser propuestos por el proveedor, cuyos materiales sean de acuerdo al área de trabaja designada. La cantidad de gabinetes debe estar sujeta al área asignada en el cuarto de control de instrumentos dibujo 1.
Los gabinetes deben cumplir mínimo con las siguientes especificaciones: Clasificación eléctrica NEMA 4X, calibre lamina mínimo 14, material acero inoxidable 316, rack para módulos acero inoxidable 316, acometida tubería conduit parte inferior y superior, acceso frontal puertas con cerradura tipo industrial y llave, accesorios: amortiguadores de vibración, anclaje al piso, orejas de izaje desmontables, tablillas terminales para interconexión de señales tipo sujeción por muelle, utilizando muelle de acero recubierto de cromo-níquel con aislamiento de nylon de alta densidad (auto extinguible, resistente a la flama y al envejecimiento); tanto las tablillas terminales como los conductores deben de estar identificados con etiquetas del tipo termo contráctil para este fin (no se acepta el uso de cinta adhesiva) empleando tinta indeleble.
se debe incluir botones de reconocimiento así como interruptor de llave. La leyenda debe ser en acrílico blanco y letras en color negro.
1.4.7 REQUERIMIENTOS DE LA INTERFASE HUMANO-MAQUINA.
El proveedor debe suministrar como interfase humano-maquina una pantalla de configuración/visualización, la cual estará integrada al gabinete con las siguientes características:
Diseño de panel de construcción compacta y robusta a prueba de vibraciones e impactos, NEMA 12, alimentación eléctrica a 24 VCD.
Pantalla de cristal liquido (LCD) a color para uso industrial de 15.2‖ con resolución mínima de 1024 x 768 pixeles, 256 colores.
CPU uso industrial, basado en el procesador Pentium IV, velocidad mínima de 2.4 GHz, mínimo 256 MB de memoria tipo RAM instalada con posibilidad de expansión, disco duro de 40GB o superior, unidad de CD-ROM mínimo de 48X drive DVD/CD-R/RW 6x4x32 para respaldo de base de datos, drive para discos de 3 ½‖alta densidad. Interfases de comunicación: 1 puerto paralelo y 2 puertos seriales (RS-232C) y 2 puertos USB, interfase Ethernet 10/100Mbits conexión RJ-45.
1.5 SOFTWARE.
La UPR contara con el software necesario para ejecutar las funciones específicas y requeridas para una configuración y operación completa de acuerdo a la arquitectura propuesta.
La configuración de la UPR deberá realizarse a través de un lenguaje convencional de fácil operación y entendimiento, trabajando en ambiente Windows localmente mediante la interfase humano-maquina y la computadora portátil.
El proveedor será responsable del diseño, desarrollo e implementación de toda la programación necesaria para un correcto monitoreo, operación, control y mantenimiento de la plataforma de perforación será proporcionado como mínimo el siguiente software:
Software para automatización de sistemas de control.
Software para establecer enlances de comunicación requeridos.
Software para desarrollo de aplicaciones.
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El proveedor debe incluir una lista con los nombres y descripción de los paquetes de software que realicen las funciones descritas y requeridas para la unidad portátil de programación y la UPR.
El proveedor debe proporcionar los medios necesarios todo el software utilizado para la configuración, incluyendo las licencias de software y las llaves de hardware; en estos deberá proporcionar la información de programas fuente de toda la configuración/programación (diagramas de flujo, listados, mapas de memorias, diagramas lógicos de control o similar, estructura de programas, etc.).
Toda la programación /configuración original se deberá realiza en y con equipos ajenos a los adquiridos por el cliente, por ninguna razón deberá de usarse el hardware especificado hasta la etapa de realización de pruebas FAT.
El proveedor proporcionara en disco compacto, dos copias de la configuración/programación (garantizando que no estén dañados o contaminados) necesarios para poder reinicializar cualquier componente del sistema.
La configuración/programación total del sistema será desarrollada por el proveedor, con la participación del personal de PEP.
El proveedor deberá indicar claramente la versión y fecha del software, informar las funciones, forma de depurar el control de entradas/salidas, compilación, asignación de memoria, comandos de inicialización y lugar de residencia de los programas (paquetería), así como proporcionar toda la documentación descriptiva de esta.
El software del sistema deberá contener una licencia de acuerdo a los puntos o tags relacionados en este documento más 50% adicional y cinco licencias de software PC´s.
1.5.1 UNIDAD DE PROCESAMIENTO REMOTA. UPR
La programación/configuración de la UPR del SDMC deberá estar acorde con las especificaciones particulares de Honeywell, las cuales aplicaron para las instalaciones existentes del campo Cantarell.
La programación/configuración y cambios en los parámetros de la UPR se deben realizar desde la unidad de programación portátil mediante un lenguaje de fácil operación y entendimiento. Cualquier cambio de la programación/configuración que se realice, debe actualizarse automáticamente tanto en el procesador principal como en el redundante.
Ejecutar control en tiempo real.
Algoritmos para ejecutar control PID, cascada, relacional, etc.
Ejecutar programas de auto entonamiento de lazos de control comandados desde la interfase humano-maquina.
Ejecutar programas de aplicación.
Ejecutar funciones de control lógico y secuencial.
Ejecutar auto diagnostico en cada uno de sus componentes, reportando estados de alarma y error.
Transmisión de información a través del bus de comunicación redundante.
El proveedor deberá proporcionar la función de transferencia de cada algoritmo, indicando claramente rango, resolución y la función que desempeña cada una de las constantes y variables involucradas.
Algoritmos para ejecutar los cálculos de medición de flujo con compensación, utilizando el método AGA-3, AGA-7, AGA-8, API MPMS 14.3, medición de flujo para elementos tipo V-cone.
Transmisión/recepción de información hacia/desde la instrumentación inteligente.
Para la instrumentación inteligente se deberá considerar dentro de la UPR, la detección de falla para las condiciones fuera de rango de la señal de 4-20 mA
1.5.2 SOFTWARE DE LA INTERFASE HUMANO MAQUINA.
El software de configuración deberá correr en la IHM ambiente Windows última versión, deberá ser utilizada para configurar el sistema de paro por emergencia con estrategias de control de protección de seguridad.
El software deberá contar en línea con todas las herramientas de diagnostico de problemas.
Métodos gráficos de configuración del controlador con rutinas orientadas a objetos, el proveedor deberá describir las características del software que utilizara en la configuración del sistema.
Se deberá soportar cambios a la base de datos y en la configuración en línea sin interrumpir la operación del controlador.
Se debe contar con funciones de edición, como insertar, seleccionar, cortar, eliminar, pegar, incluir, y escribir, búsqueda y remplazo de elementos del programa, para facilitar la programación de los sistemas, además se debe tener utilerías para la impresión de los datos lógicos y la configuración.
El almacenamiento histórico de datos servirá para realizar el mantenimiento preventivo o análisis del proceso por lo que se debe contar con gráficos que permitan evaluar los datos y realizar reportes gráficos. Estos gráficos deben ser en forma de tendencias, barras, etc. Este software se cargara en la IHM por lo que el proveedor debe suministrar los accesorios que sean necesarios para poder realizar la comunicación entre ésta y el sistema.
La IHM además debe incluir software para realizar las funciones mencionadas a continuación:
Modificación de lógica y estrategias de control de paro por emergencia.
Auto diagnostico del sistema (hardware/software).
Auto diagnostico de los elementos del SDMC mediante protocolo HART.
Análisis, predicción de fallas y programas para mantenimiento.
Desarrollo de aplicaciones lenguaje ―C‖, Pascal, Fortran, etc.
Manejo de procesador de textos.
Manejo de hoja de cálculo.
Manejo de base de datos tipo relacional (SQL última versión) trabajando bajo ambiente Windows última versión.
1.5.3 ACTUALIZACION DEL SOFTWARE DEL SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO.
El proveedor debe de elaborar el diseño, desarrollo e implementación de toda la programación necesaria el sistema de control distribuido TPS de Honeywell existente, ubicado en la plataforma habitacional, para un correcto monitoreo, operación control y mantenimiento de la plataforma periférica.
1.6 REQUERIMIENTO DE ACEPTACION Y PRUEBAS.
tabular cuales son las actividades a realizar, características de estos, los resultados esperados y si se acepta o no, así como los espacios para notas, en forma adicional, se deberá considerar un espacio adecuado para la descripción de dichas notas en cada formato. Considerar que los cursos se van a impartir en Cd. Del Carmen, Camp. Siendo su responsabilidad el costo de transportación y materiales. La UPR estará sujeta a diversos niveles y grados de pruebas. El cliente se reserva los derechos para presenciar y participar en algunas o todas las pruebas que serán realizadas.
El cliente se reserva todos los derechos para solicitar algunas pruebas especiales. Las pruebas a verificar serán establecidas por el proveedor de acuerdo con el programa de trabajo del proyecto. El cliente deberá ser notificado por escrito al menos tres semanas antes del inicio de las pruebas testificales. Las principales pruebas testificales las cuales requieren la aprobación del comprador para proceder con la implementación del sistema son:
Pruebas de Aceptación en Fabrica. Pruebas de Aceptación en Sitio.
1.6.1 PRUEBAS DE ACEPTACION EN FABRICA.
Es la prueba para verificar el funcionamiento y la interconexión correcta de la UPR, el proveedor destinara para estas actividades al personal que desarrollo la configuración, el cual deberá conocer al detalle su funcionalidad y en qué consiste cada una de las pruebas contenidas en el protocolo. El proveedor deberá previamente haber realizado con éxito una prueba sin carga, del equipo y servicios a ser demostrados, de la cual enviara un reporte por escrito al cliente, siendo este fundamental para que el comprador participe en las pruebas. Las pruebas se realizaran usando equipos y técnicas de simulación apropiadas por el proveedor. El proveedor deberá de proporcionar la asistencia técnica requerida durante la prueba y cubrirá como mínimo los siguientes puntos.
Demostrar que la UPR en conjunto desarrolla las funciones requeridas.
Demostrar el funcionamiento y exactitud requeridos por esta especificación.
Simulación estática y dinámica de las entradas y salidas.
Prueba de auto diagnóstico.- El proveedor deberá demostrar la funcionalidad y operación del auto diagnóstico. Los errores y fallas deben ser simulados para demostrar la capacidad de detectar y reportar errores en forma automática.
Después de que se ha probado satisfactoriamente la FAT, el equipo podrá embarcarse con un documento de liberación que autorizara el personal del cliente que presencio las pruebas.
Las pruebas FAT deben incluir como mínimo pero no estar limitadas a: recuperación del sistema después de periodos cortos y largos de fallas en el suministro.
Revisión de la redundancia del sistema, se deben simular fallas en tarjetas de E/S. Bus de comunicación, controladores, etc., para demostrar el correcto funcionamiento del sistema redundante instalado.
Demostrar que el equipo opera de acuerdo a lo estipulado en esta especificación y documentos relevantes, simulando completamente las entradas y salidas al proceso con sus cargas asociadas.
La prueba de aceptación en fábrica deberá ser cotizada considerando su costo total como paquete.
1.6.2 PRUEBA DE ACEPTACION EN SITIO.
El proveedor debe realizar una prueba de la UPR tan pronto como haya sido instalada en el sitio de trabajo del cliente. Esta prueba debe ser una versión similar a la prueba de aceptación en fábrica. La finalidad es demostrar la exactitud en el funcionamiento de la adecuada operación del sistema completo u que todo el cableado de interconexión este física y funcionalmente correcto.
El sistema será aceptado después de ser completamente probado y haber operado sin ninguna falla significativa durante 30 días continuos. La prueba de aceptación en sitio deberá cotizarse en base a costo total como paquete, incluyendo persona y equipo necesario.
1.6.3 PUESTA EN OPERACIÓN.
El proveedor deberá considerar en su propuesta el material, herramienta, equipo, partes de repuesto y personal necesario para la asistencia técnica en la instalación e interconexión así como la asistencia técnica en la puesta en operación de la UPR.
CAPITULO II.
MARCO TEORICO.
2.1 SISTEMAS DE CONTROL.
Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.
Un sistema de control básico es mostrado en la siguiente figura:
DIBUJO 16. Sistema de control básico lazo cerrado.
Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de control. Atendiendo a su naturaleza son analógicos, digitales o mixtos; atendiendo a su estructura (número de entradas y salidas) puede ser control clásico o control moderno; atendiendo a su diseño pueden ser por lógica difusa, redes neuronales...
Los principales tipos de sistemas de control son:
Proporcional. En este sistema la amplitud de la señal de entrada al sistema afecta directamente la salida, ya no es solamente un nivel prefijado sino toda la gama de niveles de entrada. Algunos sistemas automáticos de iluminación utilizan un sistema P para determinar con qué intensidad encender lámparas dependiendo directamente de la luminosidad ambiental.
Proporcional derivativo. En este sistema, la velocidad de cambio de la señal de entrada se utiliza para determinar el factor de amplificación, calculando la derivada de la señal.
Proporcional integral. Este sistema es similar al anterior, solo que la señal se integran vez de derivarse.
Proporcional integral derivativo. Este sistema combina los dos tipos anteriores. Un PID es un mecanismo de control por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Un controlador PID corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede ajustar al proceso acorde. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres constantes en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo.
DIBUJO 17. Control de lazo cerrado.
2.1.1 FUNCIONAMIENTO.
Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:
1. Un sensor, que determine el estado del sistema (termómetro, caudalímetro, manómetro,etc.). Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.
2. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (resistencia eléctrica, motor, válvula, bomba, etc.).
3. El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que son con corriente continua.
El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz(HMI-Human Machine Interfase), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso.
la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador que usemos.
Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones.
2.1.2 PROPORCIONAL
DIBUJO 18. Proporcional.
respecto al tiempo, es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.
La fórmula del proporcional está dada por:
El error, la banda proporcional y la posición inicial del elemento final de control se expresan en tanto por uno. Nos indicará la posición que pasará a ocupar el elemento final de control
Ejemplo: Cambiar la posición de una válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la desviación de la temperatura (variable) respeto al punto de consigna (valor deseado)
2.1.3 INTEGRAL.
DIBUJO 19. Integral.
El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un período determinado; Luego es multiplicado por una constante I. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propósito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.
para conducir el proceso a estabilidad del mismo. >>> Se caracteriza por el tiempo de acción integral en minutos por repetición. Es el tiempo en que delante una señal en escalón, el elemento final de control repite el mismo movimiento correspondiente a la acción proporcional.
El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviación permanente de la variable con respeto al punto de consigna) de la banda proporcional.
La fórmula del integral está dada por: Isal
Ejemplo: Mover la válvula (elemento final de control) a una velocidad proporcional a la desviación respeto al punto de consigna (variable deseada).
2.1.4 DERIVATIVO.
DIBUJO 20. Derivativo.
La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral).
El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point".
La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente.
derivativa corresponde a un cambio más rápido y el controlador puede responder acordemente.
La fórmula del derivativo está dada por:
El control derivativo se caracteriza por el tiempo de acción derivada en minutos de anticipo. La acción derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable controlada.
Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva.
El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones
Ejemplo: Corrige la posición de la válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada.
La acción derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables, porque permite una repercusión rápida de la variable después de presentarse una perturbación en el proceso.
2.1.5 SIGNIFICADO DE LAS CONSTANTES.
P constante de proporcionalidad: se puede ajustar como el valor de la ganancia del controlador o el porcentaje de banda proporcional. Ejemplo: Cambia la posición de la válvula proporcionalmente a la desviación de la variable respecto al punto de consigna. La señal P, mueve la válvula siguiendo fielmente los cambios de temperatura multiplicados por la ganancia.
I constante de integración: indica la velocidad con la que se repite la acción proporcional.
una velocidad proporcional a la desviación respeto al punto de consigna. La señal I, va sumando las áreas diferentes entre la variable y el punto de consigna repitiendo la señal proporcional según el tiempo de acción derivada (minutos/repetición).
Tanto la acción Integral como la acción Derivativa, afectan a la ganancia dinámica del proceso.
La acción integral sirve para reducir el error estacionario, que existiría siempre si la constante Ki fuera nula. Ejemplo: Corrige la posición de la válvula proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada. La señal d, es la pendiente (tangente) por la curva descrita por la variable.
La salida de estos tres términos, el proporcional, el integral, y el derivativo son sumados para calcular la salida del controlador PID. Definiendo u (t) como la salida del controlador, la forma final del algoritmo del PID es:
2.1.6 AJUSTE DE PARAMETROS DEL PID.
tiempo de respuesta del sistema. Si el sistema puede desconectarse, el mejor método de ajuste a menudo es el de ajustar la entrada, midiendo la salida en función del tiempo, y usando esta respuesta para determinar los parámetros de control. Ahora describimos como realizar un ajuste manual.
2.1.7 AJUSTE MANUAL.
Si el sistema debe mantenerse online (en línea), un método de ajuste consiste en establecer primero los valores de I y D a cero. A continuación, incremente P hasta que la salida del lazo oscile. Luego establezca P a aproximadamente la mitad del valor configurado previamente. Después incremente I hasta que el proceso se ajuste en el tiempo requerido (aunque subir mucho I puede causar inestabilidad). Finalmente, incremente D, si se necesita, hasta que el lazo sea lo suficientemente rápido para alcanzar su referencia tras una variación brusca de la carga.
Un lazo de PID muy rápido alcanza su setpoint de manera veloz. Algunos sistemas no son capaces de aceptar este disparo brusco; en estos casos se requiere de otro lazo con un P menor a la mitad del P del sistema de control anterior.
2.1.8 PROTOCOLO DE COMUNICACIONES.
En el campo de las telecomunicaciones, un protocolo de comunicaciones es el conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar información a través de un canal de comunicación. Un ejemplo de un protocolo de comunicaciones simple adaptado a la comunicación por voz es el caso de un locutor de radio hablando a sus radioyentes.
Los protocolos de comunicación para la comunicación digital por redes de computadoras tienen características destinadas a asegurar un intercambio de datos fiable a través de un canal de comunicación imperfecto. Los protocolos de comunicación siguen ciertas reglas para que el sistema funcione apropiadamente.
2.1.9 ESTANDARIZACION.
ejemplo pre-existente. Esto ocurre tanto de manera informal como deliberada.
Existen consorcios empresariales, que tienen como propósito precisamente el de proponer recomendaciones de estándares que se deben respetar para asegurar la interoperabilidad de los productos.
2.1.10 ESPECIFICACION DEL PROTOCOLO.
Sintaxis: se especifica como son y cómo se construyen.
Semántica: que significa cada comando o respuesta del protocolo respecto a sus parámetros/datos.
Procedimientos de uso de esos mensajes: es lo que hay que programar realmente (los errores, como tratarlos).
2.1.11 RED INDUSTRIAL.
Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FieldBus (Redes de campo). La fundación FieldBus desarrolló un nuevo protocolo de comunicación para la medición y el control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma.
Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan principalmente en señales analógicas (neumáticas de 3 a 15 psi en las válvulas de control y electrónicas de 4 a 20 mA cc). Pero ya existen instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos y guardarlos históricamente; su precisión es diez veces mayor que la de la señal típica de 4-20 mA cc. En vez de transmitir cada variable por un par de hilos, transmiten secuencialmente las variables por medio de un cable de comunicaciones llamado bus.
similar. Es claro que estas tecnologías cerradas tienden a desaparecer, ya que actualmente es necesaria la interoperabilidad de sistemas y aparatos y así tener la capacidad de manejar sistemas abiertos y estandarizados. Con el mejoramiento de los protocolos de comunicación es ahora posible reducir el tiempo necesario para la transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de sincronización y el tiempo real de respuesta determinística en algunas aplicaciones.
2.1.12 TECNOLOGIA DE BUSES DE CAMPO.
Físicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario a una conexión punto a punto —donde solo dos dispositivos intercambian información—, un bus consta normalmente de un número de usuarios superior, además que generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepción de algún protocolo de bus particular como SCSI o IEEE-488, utilizado para interconexión de instrumentos de medición, que no es el caso de los buses tratados como buses de campo.
Para una transmisión serial es suficiente un número de cables muy limitado, generalmente dos o tres conductores y la debida protección contra las perturbaciones externas para permitir su tendido en ambientes de ruido industrial. Ventajas de un bus de campo
El intercambio puede llevar a cabo por medio de un mecanismo estándar.
Flexibilidad de extensión.
Conexión de módulos diferentes en una misma línea.
Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias. Distancias operativas superiores al cableado tradicional.
Reducción masiva de cables y costo asociado. Simplificación de la puesta en servicio.
2.1.13 PROTOCOLO HART.
El protocolo HART sigue el modelo de referencia OSI (Open System Interconnections) propuesto por ISO (Organización Internacional de Normalización), si bien implemente del modelo solo los niveles 1,2 y 7, ya que los otros niveles no se hacen necesarios para este tipo de comunicación). Ello, permite a los usuarios prepararse para la implementación definitiva del bus enteramente digital.
lógicos 1 y 0 con las frecuencias de 1,200 Hz (para el 1) y 2,200 Hz (para el 0) en forma senoidal. Como la señal promedio de una onda senoidal es cero, no se añade ningún componente de c.c. a la señal analógica de 4-20mA c.c.
DIBUJO 21. Señal de protocolo HART.
El nivel 2 (nivel de enlace) se encarga de formar y comprobar la trama de los mensajes de acuerdo con la especificación del protocolo HART. La trama incluye una comprobación de doble paridad para asegurar la integridad máxima de los datos transmitidos.
El nivel 7 (nivel de aplicación) se basa en la utilización de comandos HART, conjunto de comandos que se envían al transmisor para obtener información de los datos y cambiar la configuración de los parámetros a distancia- Algunos de estos comandos son:
Leer y escribir el mensaje.
Leer el fabricante, tipo de equipo, rango, unidades, y damping (amortiguamiento), variable primaria, unidades, señal de salida, % del rango, numero de serie, limites del sensor, etc.
Escribir el rango del instrumento, el damping, calibrar (ajuste cero y span), autotest, etc.
El protocolo HART permite soportar hasta 256 variables, los transmisores pueden conectarse entre sí a través de bus y comunicarse con 15 aparatos (PLC, ordenadores, etc.).
2.1.14 PROTOCOLOS MODBUS.
Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de fact en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:
Es público
1. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo 2. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones
Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).
VARIACIONES.
Todas las implementaciones presentan variaciones respecto al estándar oficial. Algunas de las variaciones más habituales son:
Tipos de Datos.
Coma Flotante IEEE Entero 32 bits
Datos 8 bits
Tipos de datos mixtos Campos de bits en enteros
Multiplicadores para cambio de datos a/de entero. 10, 100, 1000, 256.
2.1.15 SEGURIDAD INTRINSECA.
El principio fundamental de la seguridad intrínseca, consiste en limitar la energía a niveles seguros de operación incluso bajo la condición de peor falla, esto es un corto.
DIBUJO 22. Triangulo de explosión.
A diferencia de los otros principios de protección contra explosión, como pueden ser ―a prueba de explosión‖, inmersión de aceite o masilla, presurizado o algún otro método que contiene la ignición o chispa generada, la seguridad intrínseca es capaz de no generar esta, mas aun como se indico anteriormente los niveles de energía de/hacia campo están limitados a valores seguros. Efectos de temperatura están considerados en la seguridad intrínseca, esto es no es posible que se genere una ignición por un incremento de temperatura.
Cuando se utiliza el método de seguridad intrínseca, es posible el reemplazo de equipos en campo y en el cuarto de control en ―caliente‖, esto es que no se requiere desenergizar el sistema para hacer este tipo de actividades.
Dado que el uso de seguridad intrínseca como método de protección no requiere de ninguna instalación especial tanto en el cuarto de control como en el campo, hace que este tipo de método sea más fácil y económico en su instalación y más seguro.
Un sistema intrínsecamente seguro se compone de:
El instrumento de campo.
El cable de señal.
La interfase de cuarto de control y/o caja de conexión (aisladores galvánicos o barreras zener)
2.1.15.1 INTRUMENTOS INTRINSECAMENTE SEGUROS.
Equipos en los cuales por su operación/funcionamiento requieren energía, por lo cual la pueden generar o almacenar. Estos equipos por norma, todos sus componentes electrónicos deben de ser INTRINSECAMENTE SEGUROS.
2.1.15.2 CABLES DE SEÑAL.
Los cables que se encargan de llevar de/hacia el campo las señales de los instrumentos (24VDC, 4-20mA, HART, etc.) deben cumplir con características de capacitancia, inductancia y resistencia específicas para esta aplicación, donde los valores no debe exceder ciertos valores máximos por metros, esto se identifica como:
Capacitancia: 110 pF/m
Inductancia: 1µH/m
Inductancia/resistencia: 30 µH/W.
2.1.15.3 INTERFASES -AISLADORES GALVANICOS O BARRERAS ZENER-.
2.1.15.4 CLASIFICACION DE ÁREA.
Las áreas son clasificadas de acuerdo a la posibilidad de existencia de una atmosfera potencialmente explosiva y la duración de su presencia.
Zona 0: aquellas áreas en las cuales se encuentra presente continuamente o por largos periodos de tiempo una mezcla explosiva aire-gas, más de 1000 hrs/año.
Zona 1: áreas en las cuales, en operación normal, es probable que se encuentre presente una mezcla explosiva de aire. Gas. Entre 10 y 1000 hrs/año.
Zona 2: áreas en las cuales, en operación normal, es probable que se encuentre presente una mezcla explosiva de aire-gas y si ello ocurre es solo por un periodo corte. Menos de 10 hrs/año.
2.1.15.5 CLASIFICACION DE GASES.
Los gases se diferencian según sus propiedades de ignición.
Los gases peligrosos son clasificados de acuerdo as u facilidad de ignición por la energía de una chispa eléctrica.
Grupo I: minería. Metano.
Grupo II: industrias de superficie.
Menos inflamable: IIA Propano.
IIB Etileno.
Mas inflamable: IIC Hidrogeno.
Clasificación detallada de peligro en U.S.A. Clase I Gases y vapores inflamables.
Clase II Polvos combustibles. Clase III Volátiles.
División 1. Atmosfera peligrosa probablemente presente en operación normal.
División 2. Atmosfera peligrosa improbable presente en operación normal.
Grupo A Acetileno. Grupo B Hidrogeno. Grupo C Etileno. Grupo D Propano.
CAPITULO III.
IMPLEMENTACION DE PROYECTO.
El sistema empleado para desarrollar el control dentro de la plataforma es de la marca RTP (Real Time Process) y el modelo es el 2000/2200. Es un sistema modular que cuenta con el modo de operación de redundancia doble y el cual, puede expandirse según el tamaño del proceso que lo exija. Este sistema de control tiene como esquema general de operación un rack dedicado a procesadores y algunas tarjetas de adquisición de datos, y racks de expansión llamados racks universales de tarjetas I/Os.
3.1 ELEMENTOS HARDWARE.
3.1.1 CHASIS PRINCIPAL.
EL rack de procesadores se llama RACK 0 ó MAIN (principal), y el cual contiene dos tarjetas procesadoras, otra llamada bus switch, dos fuentes de poder, y 3 slots por cada lado. Estos slots disponibles son de tipo general, es decir que es posible insertarles tarjetas para obtener datos de variables analógicas, booleanas, o inclusive información de algún equipo paquete a través de comunicaciones por medio de protocolo Modbus. También es posible realizar órdenes insertando en estos slots tarjetas de salidas ya sean digitales o analógicas, como pudiera ser algún posicionador que manipule alguna válvula de tipo neumático u hidráulica.
DIBUJO 23. Chasis principal de procesadores redundantes RTP.
3.1.2 CHASIS ESTANDAR.
Un chasis estándar proporciona espacio para el montaje de hasta 16 tarjetas I/O. Estos chasises o racks son utilizados para concentrar la mayor parte de tarjetas de adquisición de datos del sistema. Es posible insertarle tarjetas de entradas digitales, tarjetas de salidas digitales, tarjetas de entradas analógicas, tarjetas de salidas analógicas y también tarjetas de comunicación serial Modbus. Los 16 slots dedicados para esta labor, son independientes por lo que pueden existir mezclas de varios tipos de tarjetas en el mismo chasis.
Existen 3 tipos de tarjetas cuya labor difiere con la adquisición de datos y las cuales son llamadas: tarjeta de bus de entrada, tarjeta de bus de salida y tarjeta de direccionamiento. Estas tarjetas tienen una labor fundamental en una red grande de tipo RTP. La tarjeta de bus de entrada y la de bus de salida son utilizadas para compartir la información que concentra el chasis con el resto de la red RTP enviando o recibiendo los datos de un chasis a otro. La tarjeta de direccionamiento asigna un lugar determinado al chasis que la porta, para que puedan ser diferenciados unos chasises de otros. Los chasises estándares dependen siempre de un chasis principal ya que quienes gestionan el procesamiento y circulación de la información por medio de toda la red.
Fuente de poder Ranura de Bus Salida (A-BUS) RTP2000 CPU Tarjeta Bus Switch RTP2000 CPU Ranura de Bus de Salida
(B-BUS) Fuente
de poder Opción de
ranuras para
tarjetas I/O Opción de ranuras para
Chasis Estándar
DIBUJO 24. Chasis Universal para Tarjetas de entradas/salidas RTP.
3.1.3 TARJETA PROCESADORA.
El Target Node consiste en un Procesador Embebido RTP2000 que se conecta en un chasis RTP7431/60 Universal I/O Controller. Este es un microprocesador basado en un controlador RTP I/O con una interfase de Ethernet, una interfase de comunicación serial, y una interfase RTP. La figura 25 es un bloque de diagrama simplificado del Target Node RTP2000.
DIBUJO 25. Integración del nodo principal del sistema RTP. Fuente
de poder
Opción de ranuras para tarjetas I/O (Ranura 5 – 20)
Ranura Bus de entrada (Ranura 2)
Tarjeta de direccionamiento
(Ranura 4) Ranura Bus
salida o Terminador
(Ranura 3)
Se proporciona una memoria de acceso aleatorio para ejecutar programas y estructuras de datos a través de una SIMM de 16 mega bites. En la tarjeta se incluye memoria adicional, una EPROM de 512K bites y un dispositivo de memoria flash ―disk-on-chip‖ de 16 mega bites.
Un controlador de Ethernet proporciona una interfase con el área de red local. Este soporta las comunicaciones estándar 10Base-T y Thin Net.
Se proporcionan dos puertos seriales, COM1 y COM2 para la comunicación con el Procesador Embebido RTP2000 ya sea vía terminal o módem. COM2 puede ser configurado como un puerto RS-232 o como puerto serial estándar RS-485, si se requiere.
DIBUJO 26. Bloque de Diagrama Simplificado del Procesador Embebido RTP2000
El Procesador Embebido RTP2000 tiene dos jumpers de configuración que pueden ser alterados por el usuario. El dibujo 28 muestra la ubicación de estos dos jumpers.
El jumper conectado en JW1 puede ser removido para desactivar el interruptor de Reset del panel frontal, para prevenir interrupciones inadvertidas del programa. Al conectar el jumper en JW1 se conecta el interruptor Reset al circuito de reset.
El puerto serial COM2 puede ser configurado como un puerto estándar RS-232 o como un puerto estándar RS-485. Cuando se configura como un puerto RS-232, la conexión es hecha en el conector RJ11 (J4). Cuando se configura como un puerto RS-485 las conexiones son hechas en los bloques de terminal (J2 y J3). COM2 se configura de la siguiente manera:
JW2 pins 1-2 RS-232
JW2 pins 2-3 RS-485
Nota: El jumper etiquetado RAM/FLASH (JW15) debe de estar en la posición FLASH (pins 2-3)
3.1.4 TARJETA DE SALIDAS ANALOGICAS 8 CANALES 8455/38-000C
La Tarjeta de Salidas Analógicas Aisladas RTP8455/38 proporciona 8 canales para señales de salida analógica con una precisión de alta resolución. Todos los canales de salida están aislados del chasis RTP y uno del otro por medio de convertidores de poder y aisladores ópticos para los convertidores D/A. Cada uno de los canales pueden ser configurados ya sea como -10V a +10V de voltaje de salida, 0V a +10V de voltaje de salida, 4 mA a 20 mA de corriente de salida, o 0 mA a 20 mA de corriente de salida.
Esta tarjeta puede ser usada en configuraciones redundantes en las cuales, las salidas de las dos Tarjetas de Salidas Analógicas son conectadas a la misma carga. Las salidas de una tarjeta estarán habilitadas y manejando las cargas mientras que la otra tarjeta tendrá sus canales de salida deshabilitados (estado de alta impedancia)
Configuración física – Revisión A y B
DIBUJO 29. Tartjeta de adquisición de datos de tipo Salidas Analógicas.
