TESIS COMPLETA

(1)

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SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIOR DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

06

“2010, Año de la Patria. Bicentenario del inicio de la Independencia y Centenario del Inicio de la Revolución”

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

“INTEGRACIÓN DE UN PROYECTO PARA AUTOMATIZAR

CON PLC Y SCADA EL PROCESO BACTERINAS EN

PLANTA BOEHRINGER – INGELHEIM”

TRABAJO PROFESIONAL

(OPCIÓN VII)

MEMORIA DE EXPERIENCIA LABORAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

PRESENTA:

JAVIER ENRRIQUEZ RODRIGUEZ

(2)

Integración de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en planta BOEHRINGER – INGELHEIM.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.

Justificación. Objetivos.

Planteamiento del problema y metodología. Caracterización del área de participación.

CAPÍTULO 1

DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Definición del problema. 7

1.1.1 Definición y descripción del proceso bacterinas. 7

1.2 Justificación. 11

1.3 Metodología para elaborar el proyecto. 12

1.4 Diagrama de flujo. 13 1.5 Alcance de obra. 16 1.6 Costos estimados. 19

CAPÍTULO 2

INGENIERÍA BÁSICA

2.1 Programa de obra. 25

2.1.1 Programa de obra del proceso bacterinas. 27

2.1.2 Metodología para elaborar el programa de obra del proceso bacterinas. 27 2.1.3 Formato de programa de obra para el proceso bacterinas. 28 2.1.4 Listado de actividades para integrar el proceso bacterinas. 29

2.1.5 Tiempos programados y ejecutados. 30

2.2 Diagrama de tuberías e instrumentación (DTI) del proceso bacterinas. 32

2.2.1 Elaboración de un DTI. 33

(3)

Integración de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en planta

BOEHRINGER – INGELHEIM.

2.2.3 Criterio para dibujar equipos y tuberías en el DTI. 35 2.2.4 Simbología de instrumentos en el DTI y otros planos. 38

2.2.5 Código de colores para el DTI. 44

2.3 Filosofía de control. 47

2.4 Arquitectura de control del proceso bacterinas. 61

2.4.1 Características de la arquitectura de control. 62

2.4.2 Elaboración de la arquitectura de control. 62

2.5 Índice de instrumentos. 76

2.6 Hojas de especificaciones. 80

2.7 Tablas comparativas. 89

2.8 Listado de asignación de señales. 91

2.8.1 Asignación de señales del proceso bacterinas. 93

CAPÍTULO 3

INGENIERÍA DE DETALLE

3.1 Diagramas funcionales de instrumentación o de lazo. 96

3.1.1 Contenido de un diagrama de lazo. 97

3.1.2 Formato de un diagrama de lazo. 99

3.1.3 Símbolos. 100

3.1.3 Suministro de energía al instrumento. 100

3.2 Dibujos típicos de instalación de instrumentación. 102 3.2.1 Recomendaciones para la realización de un dibujo típico de instalación. 103

3.3 Diagramas de alambrado. 106

3.3.1 Contenido mínimo de un diagrama de alambrado. 106 3.3.2 Diagrama de alambrado de proyecto bacterinas. 107

3.4 Diagramas de ubicación de instrumentos. 113

3.5 Diagramas de gabinetes. 115

3.5.1 Distribución del interior de un gabinete de control. 115

3.5.2 Pantalla táctil para el proceso bacterinas. 121

(4)

3.5.4 Dimensionamiento de gabinete de control del proceso bacterinas. 123 3.5.5 Ensamble del gabinete de control del proceso bacterinas. 124

3.6 Red de comunicación industrial. 127

3.6.1 Red de Área Local (Local Area Network). 128

3.6.2 Red Industrial para instrumentos de campo HART. 140

3.7 Programación de PLC. 145

3.7.1 Lenguajes de programación. 145

3.7.2 Programación del PLC CPX del proceso bacterinas. 149

3.8 Implementación de un sistema HMI SCADA. 161

3.8.1 Definición de los sistemas SCADA. 161

3.8.2 Antecedentes históricos de los sistemas SCADA. 161

3.8.3 Objetivos. 163

3.8.4 Servicios de un sistema SCADA. 163

3.8.5 Ventajas. 164

3.8.6 Entorno. 165

3.8.7 Criterios de selección y diseño. 166

3.8.8 Arquitectura de un sistema SCADA. 169

3.8.9 El software. 173

3.8.10 Configuración. 175

3.8.11 Interface gráfica del proceso bacterinas. 175

CAPÍTULO 4

INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE PROYECTO

4.1 Pruebas a gabinete de control. 185

4.2 Pruebas a PC de estación de operación. 187

4.2.1 Pruebas preliminares a PC de la estación de operación. 188 4.2.2 Pruebas de comunicación a PC de la estación de operación. 190

4.3 Pruebas a señales de instrumentos de campo. 191

4.4 Calibración, configuración y ajuste de instrumentos de campo. 194

(5)

4.4.2 Certificado de calibración (certificado de trazabilidad). 200

4.4.3 Tipo de formato. 201

4.4.4 FieldMate para configuración y calibración de instrumentos. 201

4.4.5 Calibración de un transmisor de presión. 203

4.5 Pruebas en seco. 207

4.6 Pruebas con agua. 209

4.7 Pruebas con producto. 210

CONCLUSIONES.

RECOMENDACIONES.

GLOSARIO DE TÉRMINOS.

BIBLIOGRAFÍA Y SOFTWARE.

(6)

LISTA DE FIGURAS.

No. Descripción Página

1.1 Diagrama de Flujo para la integración del proyecto bacterinas. 15 2.1 Diagrama de Tuberías del Cuarto Estufa del proceso bacterinas. 35 2.2 Diagrama de Tuberías del Bio – Reactor 2 del proceso bacterinas. 36 2.3 Diagrama de Tuberías del Tanque de Inactivación del proceso

bacterinas.

37

2.4 DTI del Cuarto Estufa del proceso bacterinas. 41

2.5 Diagrama de Tuberías e Instrumentación del Bio – Reactor del proceso

bacterinas.

42

2.6 Diagrama de Tuberías e Instrumentación del Tanque de Inactivación del proceso bacterinas.

43

2.7 Diagrama de Tuberías e Instrumentación del Cuarto Estufa del proceso

bacterinas con colores.

45

2.8 Diagrama de Tuberías e Instrumentación del Bio- Reactor del proceso

bacterinas con colores.

46

2.9 Diagrama de Tuberías e Instrumentación del Tanque de Inactivación del proceso bacterinas con colores.

46

2.10 Hoja de presentación de la filosofía de control del proceso bacterinas. 50 2.11 Terminal CPX con PLC y sus módulos de expansión I/O. 65

2.12 Módulo de Salidas Digitales tipo CPX-8DA. 65

2.13 Módulo de Entradas analógicas tipo CPX-4AE-I. 67

2.14 Módulo de Entradas Analógicas tipo CPX-PT100. 69

2.15 Módulo de Salidas Analógicas tipo CPX-2AA-U-I. 71

2.16 PLC CPX de Festo con módulos I/O. 75

2.17 Arquitectura de control del proceso bacterinas. 76 2.18 PLC CPX Festo con módulos de entradas y salidas digitales del proceso

bacterinas.

93

2.19 Módulo CPX de salidas digitales. 94

3.1 Diagrama de lazo de control de presión del Tanque de Inactivación del proceso bacterinas.

(7)

3.2 Diagrama de típico de instalación del transmisor de presión del tanque de inactivación del proceso bacterinas.

105

3.3 Ejemplo de identificación de cables y clemas. 111

3.4 Diagrama de alambrado del modulo 2 de salidas digitales del CPX del PLC de FESTO.

112

3.5 Diagrama de ubicación de instrumentos. 114

3.6 Partes de terminal CPX. 117

3.7 Partes de un Módulo de la Terminal CPX 119

3.8 Ensamble de la Terminal CPX. 120

3.9 Tres vistas de la pantalla táctil del proceso bacterinas. 122 3.10 Tapa frontal del gabinete de control del proceso bacterinas. 123 3.11 Dimensiones de gabinete de control del proceso bacterinas. 124 3.12 Diagrama de platina del gabinete de control del proceso bacterinas. 126

3.13 Cable de conexión UTP con conectores RJ45. 132

3.14 Esquemas de cableado TIA/EIA-568-A y TIA/EIA-568-B. 133

3.15 Jack RJ-45. 134

3.16 Arquitectura de Red de Área Local del proceso bacterinas. 135 3.17 Ventada de propiedades de conexión de área local. 136

3.18 IP de área local. 137

3.19 Mascara de subred. 138

3.20 Acceso a ventana nuevo driver. 138

3.21 Nuevo driver. 139

3.22 Selección nuevo driver. 139

(8)

3.24 Comunicación digital HART superpuesta a la señal analógica de 4-20mA.

140

3.25 Comunicación digital HART superpuesta a la señal analógica de 4-20mA.

141

3.26 Codificación FSK del protocolo HART sobre la señal analógica 4-20mA. 142 3.27 Configuración con dos maestros para acceder a la información de campo. 142

3.28 Comunicación HART maestro-esclavo. 143

3.29 Comunicación HART modo “Burst”. (Opcional). 143

3.30 Conexión de dispositivos HART en red multipunto. 143

3.31 Nuevo proyecto. 150

3.32 Configuración de PLC. 150

3.33 Selección de Nuevo programa. 151

3.34 Selección de tipo de lenguaje de programación. 151

3.35 Control de temperatura en Cuarto Estufa. 155

3.36 Control de Oxigeno en Cuarto Estufa. 156

3.37 Programa de arranque de esterilización en Tanque de Inactivación. 157 3.38 Control de esterilización en Tanque de Inactivación. 158 3.39 Control de Temperatura en Tanque de Inactivación. 159

3.40 Tiempo de esterilización.. 159

3.41 Operación manual de válvulas del proceso bacterinas 160

3.42 Pirámide de la automatización (CIM). 166

3.43 Configuración del controlador. 174

3.44 Librería de objetos gráficos del software de desarrollo SCADA. 176

3.45 Interface gráfica del proceso bacterinas. 179

3.46 Driver de comunicación EasyIP de Festo. 181

(9)

3.48 Gráfica de tendencias del sistema SCADA del proceso bacterinas. 183

4.1 Menú de inicio. 188

4.2 Ventana ejecutar. 188

4.3 Ventana para acceder a comandos de Windows. 189

4.4 Acceso a la dirección IP de la estación de operación. 189

4.5 Comprobación de conexión a un equipo remoto. 190

4.6 Comprobación de conexión a un equipo integrado a la red local. 190

4.7 Diagrama a bloques de calibración de instrumentos. 195

4.8 Calibración de un manómetro analógico y de una balanza de masa por comparación directa.

196

4.9 Calibración de una pesa por sustitución. 197

4.10 Calibración de una pesa por equilibrio. 198

4.11 Simulador eléctrico de mA. 198

4.12 Marco de pesas (reproducción). 199

4.13 Punto de hielo (punto fijo). 200

4.14 Arquitectura de comunicación del software FieldMate. 202

4.15 Conexión de USB HART MODEM. 203

4.16 Conexión de fuente de 24 VCD y resistencia de 250 Ω. 204

4.17 Conexión de USB HART MODEM en paralelo. 204

4.18 Pantalla de software FieldMate. 205

4.19 Pantalla de parámetros para configurar el transmisor desde el software FieldMate.

206

(10)

LISTA DE TABLAS.

No. Descripción Página

1.1 Simbología utilizada en los diagramas de flujo. 14 1.2 Etapa de control en tanque de preparación de medios. 17

1.3 Etapa de control en Bio - Reactor. 18

1.4 Etapa de control en Cuarto de Inactivación. 18

1.5 Tabla de variables a controlar o registrar en el proceso bacterinas. 18

1.6 Costos estimados de servicios de ingeniería. 21

1.7 Costos estimados de servicios de mano de obra. 23

1.8 Costos estimados de materiales. 24

2.1 Formato de programa obra del proceso bacterinas. 28 2.2 Formato de obra con lista de actividades y tiempos programados. 31 2.3 Criterios de simbología para instrumentos del proceso bacterinas. 39 2.4 Criterios de simbología para Controladores, Indicadores, Registradores

y Alarmas del proceso bacterinas. 40

2.5 Código de colores del DTI del proceso bacterinas. 45 2.6 Identificación de elementos para la filosofía de control. 51

2.7 Variables visualizadas en el sistema SCADA. 61

2.8 Tabla comparativa de Sistemas de Control. 63

2.9 Datos técnicos generales del módulo de Salidas Digitales. 66 2.10 Datos técnicos generales del módulo de Entradas Analógicas. 67 2.11 Datos técnicos generales del módulo de Entradas Analógicas para RTD

PT100.

70

2.12 Datos técnicos generales del módulo de Salidas Analógicas de 4 a 20 mA. 72

2.13 Sumario de señales del proceso bacterinas. 73

2.14 Módulos de entradas y salidas del PLC CPX de Festo. 74

2.15 Índice de Instrumentos del proceso bacterinas. 78

2.16 Hoja de especificaciones de los sensores de temperatura del proceso

bacterinas.

82

2.17 Hoja de especificaciones del transmisor de presión del proceso

bacterinas.

(11)

2.18 Hoja de especificaciones del Transmisor –Controlador de O2 del

proceso bacterinas.

85

2.19 Hoja de especificaciones del Transmisor –Controlador de pH del proceso bacterinas.

86

2.20 Tabla comparativa del transmisor de presión manométrica del proceso

bacterinas.

91

2.21 Formato de hoja de señales del PLC CPX Festo del proceso

bacterinas.

94

2.22 Asignación de señales para el Módulo CPX de 8 salidas digitales. 95 3.1 Información de conexiones del módulo de 8 salidas digitales. 108 3.2 Interpretación de las conexiones del módulo de 8 salidas digitales. 108 3.3 Criterio de identificación de cables del módulo 2 de salidas digitales. 111 3.4 Código de colores de cables de señales y alimentación. 112 3.5 Listado de las partes de la terminal CPX y módulos. 117 3.6 Tabla de figuras de materiales para gabinete de control. 122

3.7 Instrucciones lógicas de escalera. 146

3.8 Comandos Boléanos típicos y diagrama de escalera equivalente. 148 3.9 Escalamiento de señal analógica de la variable presión del Tanque de

Inactivación.

152

3.10 Listado de Tags para la programación del PLC CPX del proceso

bacterinas.

153

3.11 Listado para direccionamiento de bit, bytes, banderas palabras, contadores y timers.

154

3.12 Colores según estado. 176

3.13 Colores según campo de trabajo. 177

3.14 Señales de seguridad (niveles de percepción de los colores). 177 3.15 Tabla de objetos estáticos y dinámicos del sistema SCADA del

proceso bacterinas.

178

4.1 Tabla de instrumentos a probar. 193

4.2 Material requerido para la calibración de instrumentos del proceso

bacterinas.

(12)

(13)

1

INTRODUCCIÓN.

Para la automatización de un proceso industrial en el área de instrumentación y control, es importante contar con el desarrollo de la ingeniería necesaria, tal como la ingeniería básica e ingeniería de detalle, donde se realizan los documentos del diseño de la instalación de los equipos e instrumentos de todo el proyecto, estos documentos pueden ser el diagrama de flujo, diagrama de tuberías e instrumentación, los lazos de control, diagramas de alambrado, especificaciones de instrumentos, etc.

Los procedimientos del desarrollo de la documentación de la ingeniería se hacen mediante normas de simbología y diagramas como las que publica la Sociedad de Instrumentistas de América (ISA por sus siglas en ingles Instruments Society of America).

Los símbolos y diagramas son usados en la información de ingeniería para el control de procesos, para indicar los instrumentos de campo, el tipo de señales empleadas, la secuencia de componentes interconectados y de alguna manera, la aplicación en el proceso.

Este documento esta basado en esas normas, que ayudarán a utilizar e interpretar los símbolos utilizados en el control de procesos, así como también a realizar el desarrollo de la ingeniería básica y la ingeniería de detalle para un proyecto de automatización que permitirán realizar su integración a partir del diseño de los diagramas mas importantes. Además en este documento se describe el procedimiento para realizar cada uno de los documentos mas importantes que se deben realizar en la documentación de ingeniería.

El presente documento describe de forma sintética todas y cada una de las actividades en las que se participó para la integración de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas de una planta farmacéutica en Guadalajara. Jal.

En la planta BOEHRINGER – INGELHEIM de Guadalajara surge la necesidad de crear una nueva área en su proceso bacterinas, en la que tiene como finalidad realizar la

(14)

2

incubación y reproducción de bacterias y otros microorganismos que se utilizan como base para la elaboración de sus productos debido a la creciente demanda de sus clientes a nivel nacional e internacional. En base a lo anterior la planta BOEHRINGER – INGELHEIM solicita la automatización, visualización y registro de las variables de proceso, además de que debe de cumplir con sus normativas de operación y accesos con niveles de seguridad a través de una estación de operación con acceso remoto mediante una red de comunicación industrial.

Justificación.

Dada la necesidad de la planta farmacéutica BOEHRINGER - INGELHEIM de tener una nueva área en su proceso de bacterinas para el cultivo de bacterias y microorganismos para la elaboración de sus diferentes productos, se realiza una propuesta para realizar la integración de un proyecto de automatización de su proceso, de tal manera que la operación del proceso sea de forma fácil y de rápido acceso de forma local o remota, además toda la información que se genere quedará documentada para los diagnósticos, pruebas o para alguna futura expansión del proceso. También el sistema de automatización debe realizarse en un periodo de tiempo corto.supertera

Para esta aplicación se emplea un autómata programable también llamado PLC que puede ser comunicado a un sistema SCADA de fácil implementación y de bajo costo, reduciendo los tiempos de programación configuración y puesta en marcha. Este sistema cumple satisfactoriamente con los requerimientos que la planta solicita como son:

1. Operación del proceso a través del sistema supervisorio SCADA desde una pantalla táctil de forma fácil y confiable.

2. Implementación de un autómata programable confiable con un bus de comunicación de alta velocidad, que permitirá interactuar de forma rápida con las pantallas de operación del sistema SCADA. Esto es importante para el proceso, debido a que es crítico.

(15)

3

3. Accesos a distintos niveles en las pantallas de operación que no son más que permisos para la operación y manipulación de los parámetros.

4. Alarmas críticas para toma de acciones ante cualquier eventualidad anormal. 5. Visualización remota del proceso a través de una red de comunicación industrial.

Objetivo general.

Integrar un proyecto para automatizar los equipos nuevos del proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER - INGELHEIM de Guadalajara Jal, mediante la implementación de un sistema de automatización y un sistema SCADA, de tal forma que cumpla con las normativas de operación del proceso de forma funcional y confiable a bajo costo de acuerdo a los requerimientos de dicha planta.

Objetivos particulares.

1. Integrar la información de ingeniería de detalle e ingeniería básica del proyecto con la normatividad y estándares nacionales e internacionales de fácil interpretación para una futura expansión o diagnósticos.

2. Facilitar la operación y visualización local y remota del proceso en una o varias pantallas de operación a través de una pantalla táctil.

3. Crear niveles de accesos a pantallas y registros de tendencias históricas de las variables de proceso para cumplir con las normativas de operación requeridas por la planta.

4. Automatizar el proceso de tal forma que quede preparado para una futura expansión.

(16)

4

Planteamiento del problema y metodología.

En la planta BOEHRINGER - INGELHEIM de Guadalajara se instalará un Tanque de inactivación y un bio reactor, además se acondicionará un cuarto estufa, los cuales serán equipos nuevos como parte adicional a un proceso llamado bacterinas, en estos equipos se realizará la reproducción e incubación de bacterias que se utilizan para la elaboración de sus diferentes productos.

En la planta se manejan ciertos protocolos y normativas para la elaboración de sus productos y por ende repercute en la forma de operar sus equipos, para poder cumplir con ellas, es fundamental realizar la automatización y visualización mediante un sistema SCADA a dichos equipos, y de esta manera tener un registro histórico de tendencias del comportamiento de las variables durante la operación y a su vez se debe tener un control de accesibilidad mediante permisos para la manipulación y operación del proceso, es decir, el personal de operación del proceso no debe tener el acceso total de la operación del proceso, como por ejemplo la manipulación manual de válvulas desde pantalla, entre otras funciones.

La automatización del proceso debe ser a un costo accesible y cumplir con los requerimientos de calidad que el proceso de la planta necesita bajo la siguiente metodología:

1. Desarrollo de la Ingeniería básica y de detalle.

2. Reuniones con el personal de ingeniería de la planta BOEHRINGER – INGELHEIM para dar a conocer la filosofía de control del proceso.

3. Desarrollar el programa para PLC en base a la filosofía de control del proceso. 4. Generar alarmas para variables críticas de operación.

5. Implementar un paro de emergencia total del proceso.

6. Elaborar pantallas de operación con gráficos dinámicos del proceso con los equipos e instrumentos principales.

(17)

5

7. Incluir códigos de acceso para distintos niveles en pantallas de operación: Cada nivel de acceso tendrá diferentes permisos, tanto para la operación como para la modificación de parámetros, setpoints entre otros.

8. Instalar una red de comunicación industrial para el acceso remoto a las pantallas de operación (bus de campo).

9. Capacitación a personal de mantenimiento y de operación para el manejo de la información de ingeniería, programación de PLC y desarrollo de pantallas en sistema SCADA, como un valor agregado al servicio.

Los puntos anteriores cumplen satisfactoriamente con las normativas de operación y control de calidad de la planta BOEHRINGER – INGELHEIM.

Caracterización del área de participación.

Para el trabajo de integración de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en planta BOEHRINGER – INGELHEIM, se requiere una caracterización del área de participación., que en este caso, esta representada en un organigrama del equipo de trabajo

(18)

6 Director del Proyecto: Es el líder de proyecto designado por la planta BOEHRINGER –

INGELHEIM, que tiene la encomienda de dirigir al personal involucrado en el proyecto, quien toma las decisiones mas importantes y que tiene la responsabilidad suprema de lograr éxito para el buen término del proyecto.

Ingeniería y Supervisión del Proyecto: Informa de manera periódica al Director del

Proyecto los avances y recomendaciones pertinentes antes, durante y después del desarrollo del proyecto. Realiza la ingeniería, la adquisición de equipo, programación del PLC y configuración de los instrumentos de campo requeridos para el proyecto. Supervisa al personal a su cargo, haciendo diferentes encomiendas requeridas y necesarias para lograr el éxito del proyecto.

Sistemas Computacionales: Se encarga de allanar la ruta direccionada al área de sistemas,

de tal forma que los equipos de cómputo queden debidamente preparados para la adquisición de datos, habilitando los permisos, en base a los diferentes niveles de acceso.

Eléctrico: Se encarga de la instalación eléctrica en planta y en el armado del tablero de

control.

Automatización: Se encarga de la asistencia técnica para conjuntar todo lo necesario para la

automatización del proyecto.

Contratista: Realiza las actividades de instalación mecánica, soportaría, instalación de

(19)

Capítulo 1 Definición y planteamiento del problema.

7

CAPÍTULO 1

DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Definición del problema.

En la industria se utiliza muy a menudo el término denominado como “Know how” para referirse a la descripción de un proceso, esta información normalmente no es totalmente divulgada. En el caso del proceso bacterinas no es la excepción y también puede ser llamado “Know how del proceso bacterinas”. Cabe mencionar que en la definición y descripción detallada del proceso bacterinas no se hace mención de los datos como tiempos de incubación o datos que no tienen que ver con la solución del problema ya que se trata de información confidencial. Dentro de la descripción de éste proceso se va definiendo el problema o los problemas a resolver, que tienen que ver con la automatización del mismo.

1.1.1 Definición y descripción del proceso bacterinas.

Para el proceso bacterinas se instalan los equipos principales siguientes: 1 Cuarto Estufa (incubadora).

1 Bio - Reactor.

1 Tanque de Inactivación.

El proceso bacterinas tiene varias etapas principales que tienen que ver con el proceso de cada uno de los equipos, estas etapas se describen a continuación:

a) Cultivo e incubación de células en el Cuarto Estufa.

El proceso comienza realizando un cultivo de células dentro de un recipiente llamado spinner (reactor pequeño) de 125 mL, éstas células se mantienen congeladas en nitrógeno líquido, después de obtener un cultivo, se transfiere a dos spinner de 125 mL, de la misma forma, el cultivo de éstos dos spinner se transfiere a un spinner de 1 L, y como las células se continúan reproduciendo se realiza una nueva transferencia a dos spinner de 2 L.

(20)

8

b) Control de temperatura del Cuarto Estufa.

Todos los recipientes se guardan en el Cuarto Estufa donde la temperatura es controlada automáticamente por el PLC a 27 oC +2 ºC. Esta temperatura es registrada en una gráfica de tendencias del sistema SCADA desde donde se realiza el ajuste de su setpoint. Los recipientes se mantienen en agitación magnética constante, cuya velocidad es controlada de forma manual exactamente a 110 rpm.

c) Transferencia a spinner de 36 L, registro de pH y control de Oxigeno disuelto.

Las células provenientes de los spinner se transfieren a un spinner de 36 L de capacidad (reactor mediano), cuyos parámetros son similares a los anteriores, solo que la agitación se lleva a cabo por un motor sobre la flecha del spinner, la temperatura se controla y registra en el mismo Cuarto Estufa de los spinner pequeños.

El control del oxigeno disuelto y pH del interior del spinner de 36L se realiza con un equipo dedicado (Controlador-Indicador-Transmisor), del cual se realiza el registro y monitoreo tanto del oxígeno disuelto como del pH por medio del sistema de adquisición de datos SCADA.

Todas las manipulaciones del cultivo de los spinner menores se realizan bajo flujo laminar. d) Transferencia desde spinner de 36 L a Bio - Reactor.

Las células cultivadas en el spinner de 36 L se transfieren al Bio - Reactor de 150 L, ésta transferencia se realiza mediante tubo de silicón con bomba peristáltica.

e) Esterilización de Bio - Reactor 150 L.

La esterilización del interior del Bio - Reactor se realiza mediante un control de temperatura, el cual consiste de un elemento sensor de temperatura RTD (PT100), que manda su señal de medición hacia el PLC y el sistema SCADA desde donde se fija el setpoint a 123 + 2 oC (rango en esterilización), y en base a ello el PLC controla la válvula solenoide de entrada de vapor limpio para esterilización del cuerpo del reactor. Por seguridad se tiene una alarma de baja temperatura, la cual indica que la temperatura está fuera de rango en esterilización.

Todos los recipientes, válvulas de transferencia y puertos del Bio - Reactor se esterilizan por inyección de vapor limpio con aproximadamente 1.5 kg/cm2 de presión. El flujo de condensados es controlado manualmente con válvulas de aguja a través de tubo de ¼ in SS,

(21)

9

y la salida de vapor se lleva a trampas de vapor. Los filtros de entrada y salida de gases son purgados.

f) Cultivo en Bio - Reactor 150 L.

El Bio - Reactor de 150 L se opera con el objetivo de realizar un crecimiento celular a 27

o

C, para realizar este crecimiento se realiza lo siguiente:

Control de temperatura en interior del Bio – Reactor: Un elemento sensor RTD del tipo PT100 instalado en un punto del Bio – Reactor, manda su señal de la variable temperatura del interior del mismo hacia el PLC, el cual realiza el control y manda una señal para manipular la válvula de suministro de vapor industrial y también controla una válvula de suministro de agua fría y otra para drenaje de agua. El sistema SCADA registra y monitorea la temperatura controlada y desde ahí mismo se puede modificar el setpoint.

Control de agitación del Bio – Reactor: El control de la agitación se hace manualmente desde un potenciómetro, la velocidad a la que se fija la agitación es de 30 rpm.

Monitoreo del pH del Bio – Reactor. El elemento sensor de pH manda su señal al sistema SCADA para realizar el registro histórico de ésta variable.

Control de oxigeno disuelto del Bio – Reactor: El elemento sensor de oxigeno manda su señal al PLC, el cual manda su acción de control a las válvulas solenoides que inyectan dos gases a través de un difusor de forma alternada aire / oxigeno. El setpoint de control es de 50% de concentración de oxigeno disuelto y es fijado desde el sistema SCADA. El registro histórico y monitoreo de la variable se hace desde el sistema SCADA. El flujo de oxigeno / aire se mide con rotámetros. Después de cerca de 4 días se inocula el virus CIRCOFLEX y se opera el proceso por otros 7 días en las mismas condiciones.

Además para la parte de seguridad se tiene una alarma de alta presión y el Bio - Reactor tiene instalado un disco de ruptura con bastón, como redundancia en caso de que la alarma de alta presión falle.

Otras variables de proceso del Bio – Reactor: Las variables de concentración celular, viabilidad, glucosa y producción de antígeno se determinan diariamente (dos veces al día) mediante la toma de muestras por el puerto de muestreo, que son

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10

analizadas con los dispositivos correspondientes.

g) Trasferencia de cosecha desde el Bio – Reactor hasta el Tanque de Inactivación.

La cosecha obtenida del Bio – Reactor se transfiere a el Tanque de Inactivación utilizando presión, es decir, que se inyectan de 1 a 2 kg/cm2 de presión de aire o nitrógeno en el interior del Bio - Reactor para que haga fluir su cosecha hasta el Tanque de Inactivación, el cual está debidamente esterilizado, de tal manera que dicha cosecha fluye a través de un tren de filtros que fueron previamente esterilizados.

h) Esterilización del Tanque de Inactivación.

La esterilización del interior del Tanque de Inactivación se realiza mediante el control de temperatura. Un elemento sensor de temperatura RTD (PT100), manda su señal de medición hacia el PLC, el sistema SCADA registra las tendencias de ésta variable y a través el se fija setpoint a 123 + 2 oC. El PLC controla la válvula solenoide de entrada de vapor limpio para esterilización del cuerpo del Tanque de Inactivación para que mantenga el valor de temperatura deseado. Una alarma se activa para cuando el valor de temperatura de esterilización es menor a 121 oC.

i) Reacción de Inactivación en el Tanque de Inactivación. La reacción de inactivación se realiza de la forma siguiente:

Control de temperatura en Bio – Reactor. Una vez transferida la cosecha se realiza la reacción de inactivación, manteniendo controlada la temperatura. El elemento sensor RTD (PT100) manda su señal al PLC, éste toma la acción de control mandando a abrir o cerrar un par de válvulas, donde una de las cuales suministra vapor industrial a la chaqueta del Bio – Reactor para calentar y la otra válvula se manda a abrir para suministrar agua de enfriamiento para enfriar, el setpoint se fija desde el sistema SCADA a 37 oC +2 oC.

Agitación: El producto del interior del Bio – Reactor se agita a velocidad de 200 rpm durante 4 días.

Registro de datos: El sistema SCADA realiza un registro histórico de las tendencias de la variable temperatura.

Alarmas: El PLC manda una alarma en caso de que la temperatura en el interior del Bio – Reactor esté fuera de rango o exista inactividad de agitación.

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j) Neutralización del Tanque de inactivación.

Se neutraliza el inactivante residual en la cosecha con la adición de un reactivo esterilizado por filtración. Solo se realiza agitación tras esta adición por una hora.

Se toma muestra de la cosecha inactivada para pureza, comprobación de inactivación y determinación de proteína por ELISA.

Se transfiere la cosecha a recipientes de plástico de 50 L, para formular con solución salina y adyuvante esterilizados por autoclave, se formula y envasa.

1.2 Justificación.

Dada la necesidad de la planta farmacéutica BOEHRINGER - INGELHEIM de tener una nueva área en su proceso de bacterinas donde se realice el cultivo de bacterias y microorganismos con la finalidad de elaborar sus diferentes productos, se realiza una propuesta para realizar la integración de un proyecto de automatización de su proceso, de tal manera que la operación del proceso sea de forma fácil y de rápido acceso de forma local o remota, además toda la información que se genere quedará documentada para los diagnósticos, pruebas o para alguna futura expansión del proceso. También el sistema de automatización debe realizarse en un periodo de tiempo corto.

Para esta aplicación se emplea un autómata programable también llamado PLC que puede ser comunicado a un sistema SCADA de fácil implementación y de bajo costo, reduciendo los tiempos de programación configuración y puesta en marcha. Este sistema cumple satisfactoriamente con los requerimientos que la planta solicita como son:

1. Operación del proceso a través del sistema supervisorio SCADA desde una pantalla táctil de forma fácil y confiable.

2. Implementación de un autómata programable confiable con un bus de comunicación de alta velocidad, que permitirá interactuar de forma rápida con las pantallas de operación del sistema SCADA. Esto es importante para el proceso, debido a que es crítico.

3. Accesos a distintos niveles en las pantallas de operación que no son más que permisos para la operación y manipulación de los parámetros.

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12

5. Visualización remota del proceso a través de una red de comunicación industrial.

1.3 Metodología para la elaboración del proyecto.

Para la integración y automatización de este proyecto es importante la participación del personal de producción, mantenimiento e ingeniería de la planta BOEHRINGER – INGELHEIM, que son quienes determinarán las condiciones de operación y requerimientos del proceso. Para esto es importante realizar una metodología integral la cual contendrá todos los puntos que se llevaran a cabo en la realización del proyecto, aunque con el entendido de que durante la ejecución del proyecto esto puede tener ciertos cambios dependiendo del avance del proyecto.

A continuación se enlistan los puntos importantes que se siguen para la integración del proyecto de automatización del proceso bacterinas de la planta BOEHRINGER - INGELHEIM.

La automatización del proceso debe ser a un costo accesible y cumplir con los requerimientos de calidad que el proceso de la planta necesita bajo la siguiente metodología:

1. Reuniones con el personal de ingeniería de la planta BOEHRINGER - INGELHEIM para dar a conocer los requerimientos, condiciones y la secuencia de operación.

Se definen los alcances del proyecto de acuerdo a los requerimientos de la planta BOEHRINGER - INGELHEIM.

Se determina la normatividad con que se debe cumplir para tener una certificación. Se desarrolla un programa de obra para definir los tiempos de inicio y terminación

del proyecto.

2. Desarrollo de la Ingeniería básica y de detalle.

En la ingeniería se desarrollan los diagramas de diseño como los Diagramas de Tuberías e Instrumentación, Diagramas de alambrado, diagramas de los típicos de instalación etc.

3. Desarrollar el programa para PLC en base a la filosofía de control del proceso. 4. Generar alarmas para variables críticas de operación.

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13

5. Implementar un paro de emergencia total del proceso.

6. Elaborar pantallas de operación con gráficos dinámicos del proceso con los equipos e instrumentos principales.

7. Incluir códigos de acceso para distintos niveles en pantallas de operación: Cada nivel de acceso tendrá diferentes permisos, tanto para la operación como para la modificación de parámetros, setpoints entre otros.

8. Instalar una red de comunicación industrial para el acceso remoto a las pantallas de operación (bus de campo).

9. Capacitación a personal de mantenimiento y operación para el manejo de la información de ingeniería, programación de PLC y desarrollo de pantallas en sistema SCADA, como un valor agregado al servicio.

Los puntos anteriores cumplen satisfactoriamente con las normativas de operación y control de calidad de la planta BOEHRINGER – INGELHEIM.

1.4 Diagrama de flujo.

El diagrama de flujo es una representación grafica que muestra la sucesión de los pasos de los que consta un procedimiento.

Procedimiento. Un procedimiento es aquel que establece el orden cronológico y la secuencia de actividades que deben seguirse en la realización de un trabajo repetitivo.

Existen dos formas de plantear un procedimiento: A través de una descripción detallada A través de un diagrama de flujo Importancia del diagrama de flujo.

Registra y transmite, sin distorsiones, su seguimiento, aplicación y evaluación de las actividades.

Ayuda a la sistematización de las actividades, destacando simbólicamente.

Genera coordinación de las aéreas responsables de cada una de las actividades y evita duplicar trabajo.

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Fomenta la comunicación formal entre los empleados, lo que evita fuga de responsabilidad.

Evita consulta de los empleados a los jefes superiores. Erradica la duplicidad de esfuerzos y actividades. Elimina o reduce el atraso de actividades.

Equilibra el grado de autoridad y responsabilidad en cada puesto. Mayor rapidez en tomar decisiones.

Los trabajadores realizan mejor y con mayor eficiencia sus labores.

Ayudan en el adiestramiento y capacitación del personal en virtud de que describen de manera detallada las actividades por área.

Los diagramas de flujo se pueden presentar en forma vertical u horizontal.

Diagrama de flujo Vertical: La secuencia de actividades va representada de arriba hacia

abajo.

Diagrama de flujo Horizontal: La secuencia de actividades va de izquierda a derecha. Simbología. En la tabla 1.1 se ilustra la simbología que utilizan los diagramas de flujo.

Tabla 1.1. Simbología utilizada en los diagramas de flujo.

Operación: Se dice que hay operación cuando algo esta siendo creado, cambiado o añadido.

Inspección: Cuando alguna actividad es revisada o verificada sin ser alterada en sus características.

Traslado o secuencia del procedimiento

Almacenamiento: Cuando se almacena o archiva algo para ser guardado con carácter definitivo.

Decisión.

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Capítulo 1 Definición y planteamiento del problema. 15 INICIO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ACEPTACION DE PROYECTO COSTOS ESTIMADOS PROPUESTA TECNICO ECONOMICA REUNION CON PERSONAL DE LA PLANTA SI NO DESARROLLO DEL PROGRAMA DE PLC REALIZACION DEL DTI ¿CORRECTO? SI NO ¿NEGOCIACION? SI REVISAR DTI RECTIFICAR ELABORACION DE PANTALLAS CON GRAFICOS DINAMICOS INTALAR RED DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL ARMADO DE TABLERO DE CONTROL COMPRA DE MATERIALES, INSTRUMENTOS Y PLC ARRANQUE, PUESTA EN MARCHA Y CAPACITACION FIN INGENIERIA BASICA Y DE DETALLE FIN NO

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En la figura 1.1 se muestra el diagrama de flujo para la integración del proyecto bacterinas, en éste diagrama se aprecian las actividades que se hacen paso a paso para el desarrollo del proyecto bacterinas con la finalidad de lograr éxito en el mismo.

La integración del proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER INGELHEIM, se inicia realizando un planteamiento del problema, seguido de una propuesta técnico -económica, que a su vez es analizada por el cliente para determinar el presupuesto. Una vez aprobada la propuesta técnico –económica, se realiza una reunión con personal de mantenimiento e ingeniería de la planta BOEHRINGER INGELHEIM para determinar los alcances en cuanto a desarrollo y tiempo del proyecto.

El Diagrama de Tuberías e Instrumentación se realiza en base a los alcances de desarrollo del proyecto y un análisis de campo. A partir del desarrollo del DTI se realizas las demás tareas como el desarrollo de la ingeniería básica y de detalle, compra de materiales, armado de gabinete, desarrollo del programa del PLC, elaboración de pantallas con gráficos dinámicos, instalación de red de comunicación industrial, arranque, puesta en marcha y capacitación.

1.5 Alcance de obra.

En el presente documento denominado “Integración de un proyecto para automatizar con

PLC y SCADA el proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER – INGELHEIM” se

desarrolla la Ingeniería Básica y de Detalle, durante la ejecución se generarán los diferentes esquemas, narrativas (control y seguridad), selección de instrumentos mediante hojas de especificaciones, Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI), un sistema de control automático para las variables de proceso y la interfaz hombre maquina para el monitoreo y supervisión de variables.

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Para el desarrollo de la ingeniería se cotizan los instrumentos de tipo industrial adecuados para el diseño de la estrategia de control, supervisión y monitoreo de las variables del proceso, como son, Temperatura, Presión, Oxigeno, Conductividad y pH en el Tanque de Inactivación, Bio - Reactor y Cuarto Estufa del proceso bacterinas, utilizando un controlador lógico programable (PLC) y un control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para interactuar con el proceso. De a cuerdo a lo anterior se presenta el siguiente alcance de obra:

 Se instalarán tres equipos principales en el área llamada bacterinas, estos equipos son: Un Tanque de Inactivación, un Bio- Reactor de 150 litros, un tanque de preparación de medios que estará dentro de un Cuarto Estufa.

Se instalará un sistema de monitoreo y control a través de un PLC que consiste de un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) que permitirá la fácil visualización, interpretación y manipulación de las diferentes etapas del proceso de fabricación de Circoflex.

Se implementará una pantalla táctil, y de ser factible y necesario se instalará otra pantalla a través de una red Ethernet en el área de esclusa de materiales que dará la facilidad de inspeccionar el comportamiento del sistema sin la necesidad de ingresar al cuarto limpio.

Cada uno de los elementos antes mencionados tiene diferentes etapas como se describirá a continuación:

1. Tanque de preparación de medios (Cuarto Estufa).

Tabla 1.2. Etapa de control en tanque de preparación de medios.

Modo de control Automático Manual

Limpieza X A

Esterilización T=121°C X X

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2. Bio - Reactor 150 litros.

Tabla 1.3. Etapa de control en Bio - Reactor.

Modo de control Automático Manual

Limpieza X A

Esterilización T=121°C A X

Agitación X A

Control de temperatura del producto a 27 y 4°C durante un tiempo T

A X X: No aplica. A: Aplica.

3. Tanque de Inactivación:

Tabla 1.4. Etapa de control en Cuarto de Inactivación.

Modo de control Automático Manual

Limpieza X A

Esterilización T=121°C A X

Agitación A X

Control de temperatura del producto a 37°C durante un tiempo T

A X X: No aplica. A: Aplica.

4. Descripción de acciones que se realizaran sobre las variables del proceso con el sistema de control.

Tabla 1.5. Tabla de variables a controlar o registrar en el proceso bacterinas. Variable Cuarto estufa Tanque de inactivación Bio Reactor 150 litros 2 X Spinner 36 litros Spinners Cantidad 8 Tanque preparación de medios Temperatura R C I R C I R C I X X X X X X X X X pH X X X R X I X X X R X I X X X X X X Conductividad X X X X X X X X X R X I X X X X X X Oxígeno X X X X X X R C I R C I X X X X X X Presión X X X R C I X X X R C I X X X X X X Agitación (rpm) X X X R X I R X I X X X X X X X X X Apertura válvulas A A A A A A A A A X X X X X X X X X

X: No aplica. I: Indicación analógica. R: Registro A: Aplica.

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1.6 Costos estimados.

Los gerentes de ingeniería de las empresas no cuentan con recursos ilimitados para llevar a cabo los proyectos de automatización y control, por lo que requieren elaborar presupuestos o costos estimados, que son: un plan numérico para asignar recursos a actividades específicas. Un presupuesto o costo estimado para cualquier persona, empresa o gobierno, es un plan de acción de gasto para un periodo futuro, generalmente de un año, a partir de los ingresos disponibles.

Es la herramienta de planeación de muchas organizaciones, dado que obliga a la compañía a realizar por anticipado una recopilación numérica de flujo de efectivo, gastos e ingresos y desembolso de capital.

Como herramienta de planeación, indica que actividades, materiales o mano de obra son importantes y cuantos recursos deben asignarse a cada una. Pero los presupuestos no son solo para planear, también sirven para controlar, ya que ofrecen a los gerentes herramientas cuantitativas para medir y comparar el aprovechamiento de los recursos. Es una actividad gerencial importante porque impone en la empresa una estructura y disciplina financiera. Son una técnica de planeación que aplican todos los gerentes, proyectistas o administradores, cualquiera que sea su nivel. En este caso como líder de proyecto de automatización, según la administración se considera gerente de mandos medios.

Los costos estimados o presupuesto es una herramienta importante debido a que es utilizado como medio administrativo de determinación adecuada de capital, costos e ingresos necesarios en una empresa, así como la debida utilización de los recursos disponibles acorde con las necesidades de cada una de los departamentos que integran dicha empresa.

Según Harry A. Finney el presupuesto o costos estimados lo define como “un plan financiero para las operaciones de un periodo futuro, basado en los resultados obtenidos de periodos anteriores y en datos conseguidos por medio de la investigación y el análisis”

FINALIDAD DE LOS COSTOS ESTIMADOS O PRESUPUESTOS. a) Contribuir a la planeación eficaz del trabajo.

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c) Apoyar el control y monitoreo de la utilización de los recursos durante el periodo cubierto por el presupuesto

SUGERENCIAS PARA MEJORAR LA ELABORACIÓN DE PRESUPUESTOS O COSTOS ESTIMADOS.

a) Debe ser flexible.

b) Las metas deben impulsar los presupuestos; los presupuestos no deben fijar las metas. c) Se debe coordinar la elaboración de los costos estimados para un proyecto.

d) Usar software de costos estimados y planeación. e) Recordar que los costos estimados son herramientas.

f) Tomar en cuenta que las utilidades son el resultado de una administración inteligente, no de haberlas considerado en el presupuesto.

ASPECTOS PARA LA ELABORACIÓN DE PRESUPUESTOS O COSTOS ESTIMADOS.

1. Las actividades del siguiente periodo deben ser programadas. Las actividades de trabajo para un proyecto son resultado de las metas fijadas.

2. Los recursos necesarios para cumplir con las actividades que permitirán el logro del proyecto se seleccionan. Hay varias clases de presupuestos para asignar los recursos; los más comunes se ocupan de los recursos monetarios, pero también hay presupuestos de tiempo, materiales, recursos humanos, utilización de capacidad o unidades de producción. En este estimado de costos solo nos referiremos a un presupuesto de recursos monetarios.

3. Se deben conseguir estimaciones precisas de los costos de los recursos que necesita, estos pueden ser materiales, mano de obra o cualquier otra actividad.

4. Se adquiere la información de los recursos disponibles, los cuales se asignan conforme se requieran para poder cumplir con las actividades de trabajo. En muchas organizaciones los gerentes de ingeniería o líderes de proyecto reciben partidas presupuestarias mensuales, trimestrales o anuales para trabajar. En el presupuesto se detalla que recursos estarán disponibles durante el periodo, como gerente o líder de proyecto se tiene la responsabilidad de distribuir esos recursos de manera eficiente y eficaz para cumplir con las metas del proyecto.

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5. Es prudente revisar el presupuesto de forma periódica. No se debe esperar hasta el final del periodo para vigilar si se paso o no del presupuesto.

6. Si los gastos realizados sobrepasan el presupuesto, se debe realizar un análisis y en base a los resultados obtenidos se procede a tomar medidas correctivas.

7. Las experiencias obtenidas en periodos anteriores pueden ser aprovechadas para implementarlas en un periodo nuevo. Cada periodo presupuestado es diferente, pero es posible aprovechar las experiencias para detectar tendencias y posibles problemas. Este conocimiento permitirá prepararse para cualquier circunstancia que surja.

COSTOS ESTIMADOS PARA EL PROYECTO DE AUTOMATIZACION DEL PROCESO BACTERINAS

La empresa IMEPI S.A. de C.V. realiza un estimado de costos de sus servicios de ingeniería, mano de obra y materiales a la planta farmacéutica BOEHRINGER –

INGELHEIM, realizando los ajustes pertinentes y de esta manera estar dentro del

presupuesto de dicha planta para realizar la automatización de su proceso bacterinas, donde se detallan tres listados que están clasificados como se muestra en la tabla 1.6:

Tabla 1.6. Costos estimados de servicios de ingeniería.

PART. CANT. CONCEPTO P R

INGENIERIA BASICA

1 1 Diagrama de Tuberías e Instrumentación $3.300,00 $3.000,00

2 1 Filosofía de control $2.500,00 $2.000,00

3 1 Índice de Instrumentos $700,00 $500,00

4 9 Hojas de Especificaciones de Instrumentos $4.200,00 $4.500,00

5 8 Listado de señales de entradas y salidas del PLC. $4.500,00 $4.000,00

INGENIERIA DE DETALLE

6 8 Diagramas funcionales de instrumentación o de

lazo.

$5.900,00 $5.600,00

7 4 Diagramas de los típicos de instalación de

instrumentos.

$3.500,00 $3.200,00

8 9 Diagramas de alambrado de instrumentos. $7.500,00 $7.200,00

9 1 Diagramas de ubicación de instrumentos. $1.100,00 $1.000,00

10 2 Diagramas de gabinete. $1.300,00 $1.200,00

11 1 Programación de PLC. $9.200,00 $9.000,00

12 4 Implementación de un sistema HMI SCADA y

elaboración de pantallas.

$2.700,00 $2.800,00

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P= Presupuestado; R= Real.

En la tabla 1.6 se ilustra un listado con los costos estimados de los servicios de ingeniería, los cuales son obtenidos en base a la experiencia obtenida de proyectos anteriores y otros factores que intervienen como puede ser el numero de instrumentos y equipos, la cantidad de señales analógicas y digitales, etc.

En el siguiente listado de actividades de ingeniería se menciona que factores se tomaron en cuenta para realizar los costos estimados:

1.- Diagrama de Tuberías e Instrumentación.

Para determinar el costo estimado para el diseño y elaboración de este diagrama se revisan cuantos equipos, instrumentos y líneas de proceso se dibujarán así como el acomodo y bajo que normatividad será realizado.

2.- Filosofía de control.

El costo estimado para la elaboración del documento denominado filosofía de control, depende básicamente de una descripción detallada del proceso por parte de la planta

BOEHRINGER – INGELHEIM o si no esta detallada la descripción por lo menos que

sea lo más cercana posible, con ello se puede tener un número aproximado de líneas que tendrá el texto de este documento.

3.- Índice de Instrumentos.

Para determinar el costo de la elaboración de este índice solo se necesita saber el número de hojas de éste documento.

4.- Hojas de Especificaciones de Instrumentos.

El costo de las Hojas de Especificaciones también es determinado por el número de hojas que se elaboren.

6.- Listado de señales de entradas y salidas del PLC, Diagramas funcionales de instrumentación o de lazo, Diagramas de los típicos de instalación de instrumentos, Diagramas de alambrado de instrumentos, Diagramas de ubicación de instrumentos y Diagramas de gabinete.

Al igual que en el caso anterior, su costo para la elaboración de todos estos documentos de ingeniería se determina por la cantidad de hojas que se realizan.

7.- Programación de PLC. El presupuesto para los servicios de programación del PLC se realiza mediante un estimado del número de líneas de programación y la complejidad del programa o la estrategia de control.

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Tabla 1.7. Costos estimados de servicios de mano de obra.

PART. CANT. CONCEPTO P R

1 1 Calibración de instrumentos. $5.300,00 $5.000,00

2 1 Configuración de instrumentos. $2.700,00 $2.500,00

3 1 Armado de gabinete de control. $2.800,00 $2.500,00

4 1 Interconexión de instrumentos de campo a gabinete

de control.

$1.200,00 $1.800,00

5 9 Instalación de Red Industrial Ethernet. $2.000,00 $1.500,00

6 8 Instalación y pruebas de Estación de Operación. $2.100,00 $2.000,00

7 1 Comisionamiento de señales de campo. $1.500,00 $1.500,00

8 8 Puesta en Marcha. $5.000,00 $5.000,00

9 1 Capacitación $3.300,00 $3.000,00

TOTAL DE MANO DE OBRA $25.900,00 $21.800,00

Para la tabla 1.7 se tienen los costos estimados por los servicios de mano de obra, los cuales son mencionados a continuación:

1.- Calibración y configuración de instrumentos.

El presupuesto de los servicios de calibración y configuración de instrumentos depende del tipo de instrumento, el lugar o el tiempo que se requiere para realizar este servicio. 2.- Armado de gabinete de control.

El presupuesto para la mano de obra del armado del gabinete de control depende del tamaño del gabinete, del número de entradas y salidas del PLC, número de protecciones, identificaciones y también del tiempo de elaboración.

3.- Interconexión de instrumentos de campo a gabinete de control.

El costo estimado para este trabajo solo depende del número de señales digitales o analógicas a conectar y el tiempo de ejecución.

4.- Instalación de Red Industrial Ethernet.

Se determina por la cantidad de elementos a conectar.

5.- Instalación y pruebas de Estación de Operación, comisionamiento de señales de campo y Puesta en Marcha.

El costo es determinado por tiempo de ejecución. 6.- Capacitación.

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24

Tabla 1.8. Costos estimados de materiales.

PART. CANT. CONCEPTO P R

1 1 Controlador Lógico Programable (PLC) $2.800,00 $1.800,00

2 1 Módulo de Entradas analógicas RTD $3.500,00 $3.200,00

3 2 Módulo de Entradas Analógicas (4-20mA). $6.900,00 $6.600,00

4 2 Módulo de Salidas Analógicas $7.400.00 $6.400.00

5 1 Módulo de Entradas Digitales $2.500,00 $2.500,00

6 3 Módulo de Salidas Digitales. $7.500,00 $7.500,00

7 1 Gabinete de control y materiales. 8.000,00 8.000,00

8 1 Switch Ethernet 400,00 400,00

9 1 Estación de control 22.000,00 22.000,00

10 1 Pantalla Táctil 15.000,00 15.000,00

11 1 Cable de instrumentación. 5.000,00 5.000,00

12 3 Sensor de temperatura tipo RTD. $1.200,00 $1.200,00

13 1 Transmisor de presión manométrica. $6.500,00 $6.500,00

TOTAL DE MATERIALES $88.700,00 $86.100,00

Los costos estimados para el listado de la tabla 1.8, se obtiene de las cotizaciones por parte del proveedor de instrumentos, equipo y materiales o también de los costos obtenidos en proyectos anteriores.

(37)

Capítulo 2 Ingeniería básica

25

CAPÍTULO 2

INGENIERÍA BÁSICA

2.1 Programa de obra.

Un programa de obra es un programa de trabajo representado a través de un esquema donde se establecen: la secuencia de actividades específicas que habrán de realizarse para alcanzar los objetivos, y el tiempo requerido para efectuar cada una de sus partes y todos aquellos eventos involucrados en su consecución.

Si se observa a un grupo de supervisores o gerentes de departamento durante algunos días, se dará cuenta que especifican con regularidad las actividades por realizar, el orden en que éstas deberán llevarse a cabo, quien estará a cargo de cada una de las actividades y cuando deben estar terminadas dichas a actividades. Lo que estos gerentes utilizan para organizar las actividades son los programas de trabajo, que para efectos de este proyecto se le nombrará programa de obra.

Los programas de obra se representan con graficas para hacer más fácil su entendimiento, la grafica más común es la desarrollada por Henry Laurence Gantt en la que se muestra la producción real y la planificada a lo largo de un periodo. Es una gráfica de barras en la cual el tiempo está representado en forma horizontal y las actividades a programar en el eje vertical.

Las barras muestran la producción, tanto planificada como real a lo largo de un periodo, muestra visualmente cuando se ha supuesto que deberán realizarse las tareas, y compara esa situación ideal con el avance real logrado por cada una de ellas.

Se clasifican en:

Tácticos: Son aquellos que se establecen únicamente para una área de actividad, ejemplo

(38)

26 Operativos: Son aquellos que se establecen en cada una de las unidades o secciones de las

que consta un área de actividad, es mucho más específico que el táctico. Lineamientos para elaborar un programa de obra.

El responsable del programa de obra y aquellos que intervendrán en la ejecución del mismo, deben participar en su formulación.

En el programa de obra debe estar considerada la determinación de los recursos y el periodo para completarlo, de tal forma que estén relacionados con la posibilidad de la empresa.

La aprobación del desarrollo y ejecución del programa de obra, debe comunicarse a todos aquellos que están involucrados en el mismo.

El programa de obra debe ser factible.

Evitar que los programas se contrapongan entre sí.

Deben establecerse por escrito, graficarse, ser precisos y de fácil comprensión. El programa de obra debe ser adaptable a las modificaciones o cambios que se

presenten; asimismo se deben considerar las consecuencias que puedan presentarse en el futuro.

Importancia de los programas de obra.

Suministran información e indican el estado de avance de actividades. Mantienen en orden las actividades, sirviendo como herramienta de control.

Identifican a las personas responsables de llevarlos a cabo, ya que se determina un programa para cada centro de responsabilidad.

Determinan los recursos que se necesitan. Disminuye los costos.

Orienta a los trabajadores sobre las actividades que deben realizarse específicamente.

Determinan el tiempo de iniciación y terminación de las actividades. Se incluyen únicamente las actividades que son necesarias.

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2.1.1 Programa de obra del proceso bacterinas.

En el programa de obra para el proceso bacterinas se enlistan las diferentes tareas a realizar, los tiempos ideales de ejecución y el avance en tiempo real del mismo. En dicho programa se lleva un control de avance de las actividades del proyecto en días, semanas o meses en que tardarán en ejecutarse las diferentes tareas de dicho proyecto.

Los tiempos que se indican en el programa de obra son tiempos programados, en los que se realizan las diferentes actividades del proyecto. Posteriormente conforme se realiza el avance de cada una de las tareas del proyecto se marcan los tiempos ejecutados en porcentaje.

El formato del programa de obra se ilustra en la tabla 2.1, donde se considera el avance de obra por semanas, en el cual cada una de sus actividades de la lista se puede hacer de forma independiente y es posible que se puedan ejecutar dos o más actividades al mismo tiempo.

Para lograr un buen control de avance para este proyecto, es fundamental respetar los

tiempos programados estrictamente con la finalidad de terminar y entregarlo lo más

cercano posible al tiempo que originalmente se planeó y en el mejor de los casos entregarlo antes del tiempo ideal.

2.1.2 Metodología para elaborar el programa de obra del proceso bacterinas.

1.- Realizar el formato del programa de obra como el del ejemplo de la tabla 2.1, el cual está dividido en campos donde se enlistan las actividades y tiempos para ejecución del proyecto.

2.- Hacer un listado de las actividades o tareas más importantes del proyecto. 3.- Ordenar cronológicamente la realización de las actividades.

4.- Definir las actividades que pueden realizarse de manera simultanea sin depender una de la otra.

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5.- Asignar a cada actividad la unidad de tiempo de su duración, así como los recursos necesarios.

6.- Definir mediante un código de colores los tiempos programados (verde) y ejecutados (rojo) de cada actividad o tarea. En este caso para definir los tiempos programados se recurre a la experiencia en la realización de otros proyectos para determinar la duración de cada actividad e integrarlo en la totalidad del proyecto.

2.1.3 Formato de programa de obra para el proceso bacterinas.

El formato del programa de obra de la tabla 2.1 tiene varias columnas, las cuales corresponden al número de actividad, la descripción de la actividad, el tiempo representado en meses y el avance de obra en porcentaje. El tiempo programado de cada actividad de proyecto y el tiempo en que se ejecutó la actividad están representados con recuadros.

En la parte superior del formato se escribe el nombre y número del proyecto, la fecha de inicio y término, además un código de color donde se diferencien los tiempos programados de los tiempos ejecutados de las actividades del proyecto, como se ilustra en la tabla 2.1.