Presentación y sustentación del informe memoria de experiencia profesional y rendimiento de una prueba de conocimiento, Modalidad Suficiencia Profesional

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA. PRESENTACIÓN Y SUSTENTACIÓN DEL INFORME MEMORIA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL Y RENDIMIENTO DE UNA PRUEBA DE CONOCIMIENTOS _ MODALIDAD SUFICIENCIA PROFESIONAL Presentado por el bachiller: FERNANDO SAMUEL YANA YANA Para optar el título profesional de: INGENIERO ELECTRÓNICO. AREQUIPA - PERÚ 2016.

(2) DEDICATORIA: A Mis Padres que siempre mostraron su apoyo incondicional y que son el orgullo de mi vida.. A la Universidad Nacional San Agustín que me acogió y me convirtió en el profesional que soy.. ii.

(3) RESUMEN El presente informe tiene la finalidad de exponer los fundamentos teóricos y los criterios técnicos y económicos para poder desarrollar la automatización del sistema de ventilación en minería subterránea. Donde se pretende enfatizar en la importancia que se tiene al optar tecnologías de control moderno y automatización que permitan mantener la operatividad en forma óptima la Unidad minera Orcopampa de Cía. de minas Buenaventura. S.A.A. Actualmente, las diversas operaciones minero-subterráneas son altamente intensivas en el uso de modernos equipos diesel, de grandes dimensiones y potencia; debido a tal condición existente, la Ventilación ha debido obligadamente reorientarse estratégicamente al estudio y control de escenarios mineros subterráneos con altas concentraciones de gases. Las altas concentraciones de gases tóxicos, claramente adversas para la salud de los trabajadores, producidas por la operación de equipos diesel, implican un fuerte aumento de los caudales de aire de ventilación requeridos para diluir y extraer dichos contaminantes; por otro lado, los altos caudales involucrados, han conllevado al necesario desarrollo de galerías de grandes secciones y de equipos ventiladores de grandes dimensiones y potencia eléctrica, lo cual implica el desembolso de fuertes sumas de dinero. Por estos motivos es importante poder monitorizar y controlar el sistema de ventilación en este tipo de minería. Este tipo de implementación conlleva a garantizar la producción y extracción de minerales y como resultado mejores beneficios y menores pérdidas por paradas o malas condiciones en el área de trabajo para el personal, equipos e instalaciones en el subsuelo. Es de vital importancia contar con instrumentos electrónicos para poder automatizar un proceso y así lograr una mayor eficiencia en la obtención de mineral precioso en los distintos procesos que se realizan. El presente informe está orientado a compartir y describir las distintas etapas que me tomaron para el desarrollo del Diseño del sistema de control y automatización del sistema de ventilación primario en esta unidad Minera. Para solventar tales necesidades contemplamos la implementación de un sistema de control a distancia de los ventiladores principales instaladas en campo desde una estación de control ubicada en el centro de supervisión de las oficinas de control de operaciones.. iii.

(4) ABSTRACT The formless present has the purpose of exposing the theoretical foundations and the technical and economic criteria to be able to develop the automation of the system of ventilation in underground mining industry. Where one tries to emphasize the importance that is had on having chosen technologies of modern control and automation that allow to support the operability in ideal form the mining Unit Orcopampa de Cía of mines Fortune. S.A.A.optimal way the mining unit Orcopampa mine company Buenaventura. S.A.A. Nowadays, the diverse mining - underground operations are highly intensive in the use of modern equipments diesel, of big dimensions and power; due to such an existing condition, the Ventilation has had to obligadamente be reorientated strategically to the study and control of mining underground scenes by high concentrations of gases. The high concentrations, clearly adverse of toxic gases for the health of the workers, produced by the diesel operation of equipments, imply a strong increase of the air flows of ventilation needed to dilute and to extract the above mentioned pollutants; on the other hand, the caudal involved high places, they have carried to the necessary development of galleries of big sections and of equipments ventilators of big dimensions and electrical power, which implies the disbursement of forts sums of money. For these motives it is important to be able to monitor and control the system of ventilation in this type of mining industry. This type of implementation carries to guaranteeing the production and extraction of minerals and as proved better benefits and minor losses for stops or bad conditions in the area of work for the personnel, equipments and facilities in the subsoil. It performs vital importance to possess electronic instruments to be able to automate a process and this way achieve a major efficiency in the obtaining of precious mineral in the different processes that are realized. The formless present is orientated to share and describe the different stages that took me for the development of the Design of the system of control and automation of the primary system of ventilation in this Mining unit. To settle such needs we contemplate the implementation of a system of control distantly of the principal ventilators installed in field from a station of control located in the center of supervision of the offices of control of operations.. iv.

(5) INDICE. RESUMEN ABSTRACT 1. Curriculum Vitae. 1. 1.1. Datos personales. 1. 1.2. Estudios realizados. 1. 1.3. Cursos de Capacitaciones. 2. 1.4. Idiomas. 3. 1.5. Experiencia laboral. 3. 2. La Empresa. 6. 2.1. Descripción del centro de trabajo. 6. 2.2. Organización del centro laboral. 8. 2.3. Funciones del puesto de trabajo. 9. 2.4. Trabajos realizados. 10. 3. Marco teórico. 13. 3.1. Marco teórico.. 13. 3.1.1. Instalación de ventiladores y mediciones. 13. 3.1.2. Sistema de ventilación actual. 15. 3.1.3. Requerimiento y cobertura de aire en interior mina. 16. 3.1.3.1.. Límites permisibles. 19. 3.1.3.2.. Temperatura en la roca. 19. 3.1.4. Instrumentos y sensores electrónicos de medición. 19. 3.1.4.1.. Sensores de temperatura:. 19. 3.1.4.2.. Sensores de Presión. 21. 3.1.4.3.. Sensores de Humedad. 22. 3.1.4.4.. Sensores de Vibración IFM. 23. 3.1.4.5.. Sensor de caudal ultrasónico. 24. 3.1.4.6.. Sensor de Gases. 24. 3.1.5. Equipos de Actuación 3.1.5.1.. Variador de velocidad.. 26 26. v.

(6) 3.1.6. Equipos de control de procesos. 30. 3.1.6.1.. PLC Twido. 30. 3.1.6.2.. Controlador PLC Beckhoff. 35. 3.1.6.3.. Panel View HMI (Interfaz Hombre Maquina). 38. 3.1.7. Comunicación OPC. 39. 3.1.8. Control PID. 44. 3.1.9. Estándares de protección "IP" y "NEMA". 45. 4. Marco operativo. 48. 4.1. Descripción general. 48. 4.2. Problemática de ventilación en minería subterránea. 48. 4.3. Alternativa de solución propuesta por el área de Instrumentación. 50. 4.4. Descripción de la implementación del sistema. 53. 4.4.1. Diseño de la arquitectura del proyecto. 53. 4.4.2. Instalación de la instrumentación de campo. 55. 4.4.3. Instalación de Actuadores. 58. 4.4.4. Implementación de red industrial Ethernet. 61. 4.4.5. Instalación y programación de controladores BECKHOFF. 65. 4.4.6. Configuración PLC TWIDO y Sintonización del PID. 68. 4.4.7. Implementación del sistema SCADA Vijeo Citect. 70. 4.4.8. Pruebas de funcionamiento. 74. 5. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES. 76. 5.1. OBSERVACIONES. 76. 5.2. RECOMENDACIONES. 77. 6. BIBLIOGRAFÍA. 78. 7. GLOSARIO. 79. 8. ANEXOS. 82. vi.

(7) INDICE DE FIGURAS Figura 01. Principales operaciones y producción en Perú.. 7. Figura 02. Ubicación geográfica del centro de trabajo.. 7. Figura 03. Organigrama de la UEA Orcopampa.. 8. Figura 04. Organigrama Mantenimiento eléctrico e instrumentación.. 9. Figura 05. Arquitectura del sistema de aire comprimido para mina.. 10. Figura 06. Esquema de red Ethernet en mina.. 11. Figura 07. Automatización de sistema de ventilación mina.. 12. Figura 08. Esquemas de Instalación de Ventiladores secundarios.. 13. Figura 09: Circuito de ventilación de Nazareno este y Nazareno oeste.. 18. Figura 10: Circuito de ventilación de Prometida y Lucia.. 18. Figura 11. Imagen de una termocupla.. 20. Figura 12. Imagen correspondiente a una RTD PT100.. 20. Figura 13. Imagen correspondiente al sensor LM35.. 21. Figura 14. Tipos sensores de presión industriales.. 21. Figura 15. Tipos sensores de humedad industriales.. 22. Figura 16. Tipos sensores de humedad encapsulados.. 23. Figura 17. Sensor de vibración VK.. 23. Figura 18. Caudalímetro ultrasónico.. 24. Figura 19. Sensor electroquímico.. 25. Figura 20. Diagrama de bloques de un variador.. 26. Figura 21. Diagrama de regulación de velocidad.. 28. Figura 22. Modelos y Gamas de PLC’s.. 31. vii.

(8) Figura 23. Esquema de Conexión entre el PLC, el Twidoport y la PC.. 34. Figura 24. Este esquema correspondiente al módulo TWDAMI8HT.. 35. Figura 25. PLC Beckhoff BC9000.. 36. Figura 26. TwinCat PLC control.. 38. Figura 27 Pantalla Táctil HMI ESA SC.. 39. Figura. 28 Intercambio de datos entre diversos elementos de control.. 40. Figura 29. Arquitectura OPC.. 40. Figura 30. Lazo general de control.. 44. Figura 31. Ubicación de Ventiladores en zona industrial Chipmo.. 50. Figura 32. Diagrama de bloques de control de ventiladores.. 51. Figura 33. Monitoreo de caudal de aire en mina.. 51. Figura 34. Monitoreo y control de ventilación en mina .. 53. Figura 35. Arquitectura del proyecto.. 54. Figura 36. Módulo de adquisición de datos de sensores.. 55. Figura 37. Sensor ultrasonido.. 55. Figura 38. Instalación de módulo de adquisición de datos – mina.. 56. Figura 39. Entradas de señales al módulo.. 57. Figura 40. Diagrama de bloques de instalación de sensores.. 57. Figura 41. Configuración de módulo Accutron (Instrumentos).. 58. Figura 42. Instalación eléctrica del variador de velocidad.. 60. Figura 43. Instalación de actuador de compuerta de ventilador.. 60. Figura 44. Diagrama de instalación de red Ethernet.. 61. Figura 45. Instalación de red Ethernet zona industrial Chipmo.. 61. Figura 46. Arquitectura de control en mina.. 62. viii.

(9) Figura 47. Creación de IP.. 65. Figura 48. Cargar el archivo TSM.. 65. Figura 49. Selecciones de programa PLC.. 66. Figura 50. Cargar programa en PLC.. 67. Figura 51. Configuración de señales analógicas en Twido Suite.. 68. Figura 52. Configuración de bloque PID – Auto Tuning.. 68. Figura 53. Configuración de OPC OFS.. 70. Figura 54. OPC Factory Server.. 70. Figura 55. Portada del SCADA (Fuete: CMBSAA).. 71. Figura 56. Pantalla de Ventiladores ZITRON (Fuete: CMBSAA).. 71. Figura 57. Pantalla Monitoreo de Variables Mina (Fuete: CMBSAA).. 72. Figura 58. Configuracion de parámetros de funcionamiento de ventilador (Fuete: CMBSAA).. 72. Figura 59. Pantalla de Tendencias (Fuete: CMBSAA).. 73. Figura 60. Control por eventos (Fuete: CMBSAA).. 74. ix.

(10) INDICE DE TABLAS Tabla 01. Labores de Ingreso de aire a interior mina.. 15. Tabla 02. Labores de salida de aire viciado de interior mina.. 15. Tabla 03. Equipos livianos que se tiene en mina.. 16. Tabla 04. Relación de equipo pesado en mina.. 16. Tabla 05. Personal en mina (operaciones subterráneas).. 17. Tabla 06. Ventiladores Primarios instalados en superficie.. 19. Tabla 07. Especificaciones de sensor de vibración.. 23. Tabla 08. Principales Funciones PLC.. 31. Tabla 09. Características de TWIDO modular.. 33. Tabla 10. Características del módulo TWDAMI8HT.. 35. Tabla 11. Características técnicas PLC BC9191.. 36. Tabla 12. Descripción IP.. 46. Tabla 13. Descripción NEMA.. 47. Tabla 14. Balance de aire fresco en mina Chipmo.. 49. Tabla 15. Consumo de energía por ventilación.. 53. Tabla 16. Parámetros principales configurados – SD71260.. 59. Tabla 17. TAG de variables de PLC beckhoff.. 69. x.

(11) 1. CURRICULUM VITAE 1.1. Datos personales APELLIDOS:. Yana Yana. NOMBRES:. Fernando Samuel. DNI:. 42056912. DOMICILIO:. Residencial Huaranguillo Dpto. 202 – Sachaca - Arequipa. TELEFONO:. 943224566. EMAIL:. [email protected]. FECHA DE NACIMIENTO:. 20 de agosto 1983. LICENCIA DE CONDUCIR:. AII b – profesional. 1.2. Estudios realizados EDUCACION SUPERIOR . Universidad nacional de San Agustin de Arequipa. Facultad de ingenieria producción y servicios - POSGRADO Maestria: Ingenieria de mantenimiento. Arequipa, 2016-Actulidad.. . Universidad nacional de San Agustin de Arequipa. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA Especialidad: Control e Instrumentacion. Arequipa, 2002-2007.. . Instituto superior Pedro P. Diaz Escuela técnica de ELECTROTECNIA INDUSTRIAL Arequipa, 2006-2008. EDUCACION SECUNDARIA . COLEGIO NACIONAL ALBERTO FLORES GALINDO Orcopampa, 1997-2001. EDUCACION PRIMARIA.

(12) . CENTRO EDUCATIVO 40324 Orcopampa 1991-1996. 1.3. Cursos de Capacitaciones  CURSO MICROSOFT PROYECT Instituto de informática de la Universidad Nacional San Agustín (2015)  PROGRAMA DE EXTENSION TECSUP LIMA. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL. (2014).  PRIMAVERA P6 Instituto de informática de la Universidad Nacional San Agustín (2015)  CURSO EXCEL PARA INGENIERIAS Instituto de informática de la Universidad Nacional San Agustín (2015)  CURSO COSTOS Y PRESUPUESTOS S-10 Instituto de informática de la Universidad Nacional San Agustín (2015)  CURSO AUTOCAD Instituto de informática de la Universidad Nacional San Agustín (20015)  Ensamblaje. y. Mantenimiento. de. Computadoras:. Unidad. de. Capacitación, Producción y Servicios UCPS – UNSA - 2003  Seminario de Control y Automatización – IEEE - Noviembre 2004  Curso de: “Diseño e Instalación de redes con cableado estructurado y protección eléctrica en telecomunicaciones” : Colegio de ingenieros del Perú - mayo 2004  Seminario de Energía Fotovoltaica – Unidad de Capacitación, Producción y Servicios UCPS-UNAS – Abril 2007.  Seminario de Control Industrial y Telecomunicaciones – EPIE-UNSA Mayo 2007.  Seminario de Electricidad Automotriz y soldadura eléctrica – I.S Pedro P. Díaz- octubre 2007. 2.

(13)  Seminario de Control y Automatización: Colegio de Ingenieros del Perú – octubre 2008.  Conferencia de Presentación de Sistema de Video-vigilancia VICON NET: Colegio de Ingenieros del Perú – noviembre 2008.  Fundamentos de implementaron de sistemas SCADA– TECSUP 2011  Electrónica de Potencia Aplicada a Media Tensión – Colegio de ingenieros del Perú – 2011  SIMATIC S7 - Programación TIA Portal Básico (PLC S7-1200): Siemens - 2012.  Programación y configuraron de Paneles HMI KTP 600 – 2012  Configuración y puesta en marcha de Variadores de Velocidad: Tecsup -2013.  Software de supervisión, control y adquisición de datos Vijeo Citect 7.2: Schneider Electric – 2013. 1.4. Idiomas . Universidad nacional de San Agustin de Arequipa. Centro de capacitación de Ingles de la UNSA. Nivel Básico, Intermedio y Avanzado – 2008.. 1.5. Experiencia laboral CIA. DE MINAS BUENAVENTURA S.A.A. – UEA Orcopampa Supervisor Mantenimiento Electrico. Unidad minera: Orcopampa- Arequipa. Setiembre 2010 – A la actualidad. Función:.  Gestión, Ejecución y supervisión de proyectos eléctrico-electrónicos, en media, baja tensión, control y automatización..  Montaje eléctrico-electrónico de Redes industriales para la integración de Centrales de Control de Motores, circuitos de protección y sistema de arranque al sistema de Supervisión Central. Diseño de planos de Construcción e redacción de Manuales de Usuario.. 3.

(14)  Supervision y elaboracion de planes de mantenimiento de los equipos electricos – electronicos, de los sistemas de izaje de mineral, sistema de bombeo , sistema de ventilacion, sitema de aire comprimido, sub estaciones electricas en alta, media tension y lineas de transmision..  Reporte al jefe de Area del avance de trabajos realizados en diferentes proyectos electricos/electronicos en la unidad. CIA DE MINAS BUENAVENTURA S.A.A. Practicante Area: Mantenimiento Eléctrico/Electronico Unidad minera: Poracota - Orcopampa Enero 2010 – abril 2010. Función:.  Participación en los análisis. de. estructuras de costos para la. programación de los mantenimientos..  Participación en las gestiones de órdenes de compra, lo cual concierne el análisis técnico de los materiales y equipos..  Participación. en. la. administración. de. las. empresas. contratistas involucradas en los mantenimientos..  Participación. como. asistente. de. mantenimiento. eléctrico. e. instrumental de Overhall de los motores de generación eléctrica Sulzer 01,02,03 y MAN 01 , 02 de la central termica Manto..  Participación instrumental. como. asistente. de. mantenimiento. eléctrico. e. de las intervenciones a los motores de molinos. SAG 1500 HP y Dominium 1250 HP..  Participación. activa. eléctricas. y líneas de. en. los. mantenimientos. de. celdas. transmisión en 66 KV de la Sub estacion. electrica principal de la unidad de 18 MVA..  Participación en el manejo de equipos para las. mediciones. de. temperatura, presión, flujo, corriente y voltaje.. VMT INGENIEROS SRL. 4.

(15) Supervisor de Proyectos de instrumentacion Octubre 2008 – diciembre 2009.. Función:.  supervisión de proyectos eléctrico-electrónicos, baja tensión, control y automatización..  Lectura de planos eléctricos e instrumentación, verificación de los detalles y procedimientos constructivos, metrado del avance de proyectos. (montaje. de. transformadores,. montaje. de. bus-bar,. aterramiento, montaje de bandejas, tubería conduit, instalación de iluminación, equipos, conexionado de motores, tableros e instrumentos, etc.), reporte diario del personal, control de horas hombre, ratio de producción, red line, etc..  Participación en las gestiones de órdenes de compra, lo cual concierne el análisis técnico de los materiales y equipos.. 5.

(16) 2. LA EMPRESA 2.1. Descripción del centro de trabajo Razón social: CIA DE MINAS BUENAVENTURA S.A.A. – UEA ORCOPAMPA Compañía de Minas Buenaventura S.A.A. Es la compañía productora de metales preciosos más grande del Perú e importante poseedor de derechos mineros. Se encuentra comprometida con la explotación, tratamiento, y exploración de oro, plata y demás metales en minas que posee al 100% así como en aquellas en las que participa en sociedad con otras empresas mineras. El actual Presidente Ejecutivo de la compañía es Roque Benavides, quien sucedió a su padre, Alberto Benavides de la Quintana, en el 2011. Actualmente, opera diversas minas en el Perú: Participación al 100%: Orcopampa, Uchucchacua, Julcani, Mallay y Breapampa. Interés controlador: La Zanja, Tantahuatay, Colquijirca y Marcapunta (las últimas dos son operadas por El Brocal). Buenaventura mantiene interés minoritario en:.  Yanacocha (43.65%),. una. de. las. minas. más. importantes. en. Latinoamérica, controlada y operada por Newmont Mining..  Cerro Verde (19.6%), una importante empresa productora de cobre, operada y controlada por Freeport-McMoRan.. Buenaventura se estableció originalmente como Sociedad Anónima bajo las leyes de Perú en el año 1953. En 1971, se listó en la Bolsa de Valores de Lima y en 1996 a la Bolsa de Valores de Nueva York.. Actualmente es una sociedad anónima abierta que opera bajo las leyes de Perú.. 6.

(17) Figura 01. Principales operaciones y producción en Perú.. Unidad minera Orcopampa Ubicación: Políticamente el Distrito Minero de Orcopampa, se sitúa en la Provincia de Castilla; región de Arequipa, abarca una extensión aproximada de 30 Km2, altitud 3,800 m.s.n.m.. UBICACIÓN DE LA MINA ORCOPAMPA Altitud: 3800 m.s.n.m. -75º. -80. -75. -74º. -73º. -72º. -71º. Suykutambo Suykutambo. Arcata Arcata Rio Chilcaymarca. Ares Chipmo Chipmo Ares ma. cara. -5. Rio. Orcopampa Orcopampa. Caylloma Caylloma. Rio. Rio. Rio Colca. Orcop. ampa. -5. Huan. Poracota Poracota Andah ua. Loros Q. Los. Q. Paranchata. Rio. Madrigal Madrigal. Rio Majes. Pescadores. Rio Ocona. Q. de. Rio Yura. Rio. Atico. -16º. -16º. Rio Caraveli Rio. -15. Chili. -15. Orcopampa. Cerro Cerro Verde Verde. 500. -17º. 00. 50 50. as. na Cama. Sihu. Rio. Rio Vitor. -17º. HS - oro / plata HS - plata / metales base LS - plata / metales base LS - plata / oro Pórfido de cobre. -75. O OC CE EA AN NO OP PA AC CIF IFIC ICO O. Rio. Arequipa. Quilca. kilometers. Rio. -10. de Ocoruro. Lima. ICO CIF PA 250. Shila Shila Colca. -10. NO EA OC 0. Q. Grande.  PERU. -15º. -15º. 0. -70. 100 100. kilometros -74º. -73º. -72º. -71º. Figura 02. Ubicación geográfica del centro de trabajo.. 7.

(18) Operaciones Mineras en UEA Orcopampa La Mina Chipmo está conformada por Rampas, Cruceros, Galerías, Piques y Chimeneas desarrollado para explotar un depósito aurífero, ubicado a 3800msnm. El acceso a los diferentes niveles y frentes de trabajo es por medio de tres rampas (Prometida, Raúl y Mario) y un Pique (Nazareno). En la mina Chipmo utilizamos el método de explotación de corte y relleno ascendente mecanizado con relleno detrítico. Tenemos una producción diaria de 1,365 TMS y 16,721 Oz Au recuperadas. La producción actual proviene de tajos de la zona de Nazareno y Prometida. La perforación en los tajos es en realce y breasting según la recomendación geo mecánica y el tipo de roca. Los equipos que utilizamos son Scoops de 0.5, 1, 2.2, 3.5 y 4.2 yd3., camiones de bajo perfil de 20 Ton, jumbos electro hidráulicos de 1 y 2 brazos, locomotoras a trolley y batería de 5, 10 y 15 Ton. La UEA Orcopampa cuenta con 2658 trabajadores siendo 598 que pertenecen a CMBSAA y 2060 a Empresas Contratistas y Empresas Conexas. 2.2. Organización del centro laboral La organización de Cía. de minas Buenaventura S.A.A. es corporativa el siguiente organigrama obedece a la UEA – Orcopampa.. 8.

(19) GERENTE UEA ORCOPAMPA. SUPERENTENDENTE DE SEGURIDAD. SUPERENTENDENTE DE MINA. SUPERENTENDENTE DE GEOLOGIA. SUPERENTENDENTE DE MANTENIMIENTO. SUPERENTENDENTE DE PLANEAMIENTO/VE NTILACION. JEFE DE MANTENIMIENTO ELECTRICO/INTRUM ENTACION. JEFE DE MANTENIMIENTO MECANICO. JEFE DE MANTENIMIENTO PLANTA. SUPERENTENDENTE DE RR.HH. SUPERENTENDENTE DE PLANTA PROCESOS. Figura 03. Organigrama de la UEA Orcopampa. Jefe de Mantto. Electrico 1 e Instrumentacion 1 Werner Figueroa. 1. Asistente de 2 Mantenimiento Electrico 2 Jesús Huacho Marcial Vasquez. 1 1 1 1 Fernando Yana Yana 1 Planer Mantto.. Supervisor Hidroeléctrica Humberto Huamaní. Operadores Hidroeléctrica. 1 1 1. 3. Supervisor Instrumentación &. 3 3 Celedonio Castillo (Grupo A) 1 Rafael Apaza (Grupo B) 1 Eduardo Morales (Grupo C) 1. Supervisor Mina Chipmo. Electricistas Mina Chipmo. 19. Alex Huamani. Taller. 3. Inst. Trolley & Mantto. Loc.. 3. Casa Lámparas. 2. Instrumentación & Comunicación. 2 1 1. 3. Supervisor Proyectos Miguel Balvin. Proyectos. Figura 04. Organigrama Mantenimiento eléctrico e instrumentación.. 2.3. Funciones del puesto de trabajo Describiremos a continuación las diferentes funciones ejercidas.. 9. 2 1 1. 6.

(20)  Gestión, Ejecución y supervisión de proyectos eléctrico-electrónicos, en media, baja tensión, control y automatización..  Montaje eléctrico-electrónico de Redes industriales para la integración de Centrales de Control de Motores, circuitos de protección y sistema de arranque al sistema de Supervisión Central. Diseño de planos de Construcción e redacción de Manuales de Usuario..  Supervision y elaboracion de planes de mantenimiento de los equipos electricos – electronicos, de los sistemas de izaje de mineral, sistema de bombeo , sistema de ventilacion, sitema de aire comprimido, sub estaciones electricas en alta, media tension y lineas de transmision.  Reporte al jefe de Area del avance de trabajos realizados en diferentes proyectos electricos/electronicos en la unidad..  Desempeño como planificador estratégico de recursos en el área eléctrica (baja, mediana y alta tensión) e instrumental..  Dentro de las actividades. a realizar se encuentra la programación. de controladores electrónicos, PLC, calibración y configuración de equipos industriales..  Montaje, conexión y configuración de equipos industriales.  Elaboración. de. presupuestos. para. proyectos. en. ingeniería. eléctrica y electrónica..  Análisis y diseño de planos eléctricos unifilares e instrumentales PID para la construcción de nuevas instalaciones. y para el control. de procesos industriales..  Realización de las evaluaciones técnicas. para la requisición de. equipos eléctricos, instrumentación y para control de procesos.. 2.4. Trabajos realizados Proyecto. : Automatización del sistema de aire comprimido para mina.. Lugar. : Zona industrial Chipmo – UEA Orcopampa. 10.

(21) Descripción. : Realice con personal de la área de instrumentación de la empresa la automatización del sistema de aire comprimido que alimenta a interior mina, el cual consistió en la instalación de un tablero de control con PLC Premium ,los enlaces por red Modbus /Ethernet y la programación de un HMI magelis GTO 3510. Periodo. : 01/2014 – 02/2014. Figura 05. Arquitectura del sistema de aire comprimido para mina. Proyecto. : Implementación de red industrial Ethernet para mina.. Lugar. : Zona industrial Chipmo – UEA Orcopampa. Descripción :Realice con personal de la área de TIC sistemas de la empresa la instalación de la red industrial Ethernet en interior mina la cual consistió en tendido de fibra óptica mono modo 12 hilos, instalación de puntos de red con switch Moxa y HP, termo-fusión y conectorización de fibra óptica . Periodo. : 01/2013 – 06/2013. 11.

(22) Figura 06. Esquema de red Ethernet en mina. Proyecto. : Automatización del sistema de ventilación principal para mina.. Lugar. : Zona industrial Chipmo – UEA Orcopampa. Descripción : Realice con personal de la área de instrumentación de la empresa, la automatización del sistema de ventilación del circuito principal que alimenta a interior mina, el cual consistió en la instalación de instrumentación de campo, tableros de control con PLC TWIDO, PLC BECKHOFF ,los enlaces por red Modbus /Ethernet y la programación de SCADA Vijeo Citect 7.2 y HMIs. Periodo. : 03/2014 – 12/2014. 12.

(23) Figura 07. Automatización de sistema de ventilación mina. 13.

(24) 3. MARCO TEÓRICO 3.1. Ventilación. 3.1.1.. Instalación de ventiladores y mediciones. Las mediciones que se realizan en la mina es presión, temperaturas, calidad de aire, contaminantes. Frecuentemente hacemos mediciones de presión estática y presión de velocidad. Estas presiones son medidas utilizando un manómetro y un tubo Pitot. (Figura 08) muestra las estaciones en los ductos de acople donde son tomadas las mediciones. En un sistema soplante (Figura 08 A) el ducto de acople está a la salida del ventilador, mientras que en un sistema aspirante (Figura 08 B) a la entrada del ventilador.. Hv. Galería. A. Ventilador en Entrada de Aire Hv. Chimenea B. Ventilador en Salida de Aire Figura 08. Esquemas de Instalación de Ventiladores secundarios. Para realizar los diferentes cálculos y procesar datos usamos las siguientes ecuaciones.. w. 70.7 * Pb 53.35 * T. V  1098. Hv w 14.

(25) Dónde: w = peso específico del aire en lb/p3 en un punto de medición Pb = presión barométrica pulg. Hg T = temperatura absoluta (460 + td), ºR; td = temperatura del aire, ºF Hv = presión de velocidad, pulg. H2O V = velocidad del aire, p/min. La velocidad se determinada como el promedio aritmético de las diferentes mediciones. El caudal se determina usando la siguiente ecuación: Q=VA Dónde: Q = caudal, p3/min Área del ducto = p2 La presión total es calculada de la siguiente ecuación: HT = Hs + Hv Dónde: HT = presión total, pulg. H2O Hs = presión estática, pulg. H2O Finalmente, la potencia y la eficiencia del ventilador se calcula con las siguientes ecuaciones:. HPa  . HT *Q 6350. HPa BHP. Dónde: HPa. = potencia efectiva del ventilador, HP (caballos). 15.

(26) BHP. = Potencia del motor (energía consumida), HP. ὴ = Eficiencia del ventilador. En todos los casos, las presiones (estática y de velocidad) son medidas directamente con la ayuda de manómetros y tubos Pitot. 3.1.2.. Sistema de ventilación actual. El sistema de ventilación de la Mina Chipmo es mixto (impelente y aspirante) consiste en 11 entradas de aire fresco (Tabla 01) y 4 salidas de aire viciado (cuadro Tabla 02). Esta infraestructura forman parte de 3 circuitos de ventilación que son: Circuito de Nazareno este, Circuito de Nazareno oeste y el Circuito de Prometida – Lucia, abarca 15 niveles de operación que inicia en el nivel 3860 siendo el nivel más profundo de la mina el 3050. Tabla 01: Labores de Ingreso de aire a interior mina. ENTRADAS DE AIRE. Nº. Nº ESTACIÓN. UBICACIÓN. VELOCIDAD. VELOCIDAD. pies/min. metros/min. 1. E/V 001. CH. 725,. 914. 2. E/V 002. CH. R.C.N° 910,. 3. E/V 003. 4. M.C.P.M.. P.C.P.M. 278.6. 805. 28,413. 4580. 1396.0. 3,793. 133,953. Rampa Prometida. 1250. 381.0. 5,258. 185,678. E/V 004. Chimenea 420,. 221. 67.4. 438. 15,468. 5. E/V 005. Nv. 3860. 353. 107.6. 784. 27,693. 6. E/V 006. CH. R.B. N° 2,. 1000. 304.8. 864. 30,519. 7. E/V 007. Pique Nazareno,. 841. 256.3. 3,525. 124,471. 8. E/V 008. Rampa Raúl 3800. 1541. 469.7. 6,388. 225,586. 9. E/V 009. Ch. 430-1 Nv 3540. 356. 108.5. 722. 25,483. 10. E/V 010. Rampa Mario. 988. 301.1. 4,471. 157,877. 11. E/V 011. R.C. 876,. 623. 189.9. 3,053. 107,832. 25,502. 1,062,974. Tabla 02: Labores de salida de aire viciado de interior mina. SALIDAS DE AIRE. Nº. Nº ESTACIÓN. UBICACIÓN. VELOCIDAD. VELOCIDAD. pies/min. metros/min. M.C.P.M. P.C.P.M.. 16.

(27) 1. E/V 02. Ch 940. 2. E/V 03. 3 4. 3,876. 136,878. R.C. 800. 8,920. 315,001. E/V 04. R.C. 620. 8,190. 289,222. E/V 05. R.C. 1090,. 9,828. 347,066. 63,840. 1,088,166. 3.1.3.. 4680. 1426.46. Requerimiento y cobertura de aire en interior mina. La operación de la mina requiere de equipos livianos, como camionetas 4 x 4, camiones de transporte de personal y materiales, grúas, entre otros (Tabla 3). También. necesitamos. equipo. pesado. tales. como:. scoops,. CBP,. elevadores, equipos lanzadores de concreto (sostenimiento con shotcrete) (Tabla 4). Tabla 03: Equipos livianos que se tiene en mina. EQUIPOS LIVIANOS (1) Vehiculo/Equipo. Cantidad. Hp. Total Hp. Hp. m3/min. cfm. efectivo. Camioneta. 20. 120. 2400. 1200. 3600. 127,130. Grua y cisterna. 9. 143. 1287. 643.5. 1931. 68,174. Camiones de servicio. 21. 143. 3003. 1501.5. 4505. 159,072. Bobcat. 4. 75. 300. 150. 450. 15,891. Elevador. 3. 135. 405. 81. 243. 8,581. Total. 57. 616. 7,395.00. 3,495.00. 10,728.00. 378,849. Tabla 04: Relación de equipo pesado en mina. EQUIPOS PESADOS (2) Equipo. Cantidad. Hp. Total Hp. Hp. m3/min. cfm. efectivo. 17.

(28) Scoop Diesel. 13. 200. 2600. 1716. 5148. 181796. Dumper. 15. 300. 4500. 2970. 8910. 314648. Mixer. 2. 170. 340. 224.4. 673.2. 23773. Lanzador de concreto. 1. 80. 80. 52.8. 158.4. 5594. Total. 31. 750. 7,520.00. 4,963.20. 14,731.20. 525,811. En la mina (operaciones subterráneas) se cuenta con 803 colaboradores por turno (Tabla 05). Tabla 05: Personal en mina (operaciones subterráneas). PERSONAL (3) Equipo. Cantidad. Personal Mina. 803. 4095.3. 144621. Total. 803. 4,095.3. 144,621. Total 1 + 2 + 3. Hp. Total Hp. Hp efectivo. 8,458.20. m3/min. 29,554.5. CFM. 1,049,281. De estos cuadros, se desprende que el requerimiento de aire en la mina es de 1, 049,281 CFM y como el ingreso de aire en la mina es de 1, 062,974 CFM (Tabla 01) la cobertura actual es de 101.3%. Esta cobertura se ha alcanzado con la puesta en operación de 3 ventiladores Zitrón de 350,000 cfm de capacidad que están instalados como extractores en cada uno de los circuitos de ventilación de la Mina Chipmo como son: en el circuito de Nazareno este en la chimenea 800 ampliado a una sección de 4.0 x 4.0m, en el circuito de Nazareno oeste en la Chimenea 620, también ampliado a una sección de 4.0 x 4.0m , y el tercer ventilador se encuentra instalado en la Chimenea 1090 ampliado a una sección de 4.0 x 4.0 que pertenece al circuito de Prometida – Lucia .. 18.

(29) Este proyecto de instalación de ventiladores de gran capacidad. Fue concluido en el mes de diciembre del año 2014. Antes a esta fecha nuestra cobertura alcanzaba un 76%.. CIRCUITO DE VENTILACION NAZARENO ESTE Y NAZARENO OESTE. Es quema G ral. Nazareno. SW V. ALT.. Nv. 3920. CH 620 CH 725 Nv. 3860. Nv. 3830. 650 HP. RC 420. Nv. 3920. V. CH 876. RC 800 CH910 CH-940. LEYENDA. Ventilador Nv. 3740 Aire Fresco Aire Viciado Proyecto Nv. 3690CH. NE. PIQUE NAZARENO. 650 HP. Río Chilcaymarca. RC 1390-2. RAMPA RAUL. RB 500-1 216 m. Nv. 3830 Nv. 3740. Nv. 3690. Nv. 3690. CH-1232 E. Nv. 3640 Rpa. 6. RC 290 Nv. 3590. RB 500-2. Nv. 3540 Nv. 3490. CH-725. RC.820 RC966 RC942-A. Nv. 3590. RB 1230-1. Nv. 3540. Ch 1391. dr. CH-290. Nv. 3640. Ch 942-2E. Nv. 3490. RB 967- 5E Nv. 3440. Nv. 3440. Ch-940. Nv. 3390. Nv. 3390. Ch 1230. Nv. 3340 Nv. 3290. RC 290-2. RB 967 4E. Nv. 3340. RB 500-3 Nv. 3290. RC 942-3E. Nv. 3230 Nv. 3170. Ch 850-8A. RC 822-1. RC 290-6. Nv. 3230. Ch 927. Nv. 3170 Ch 967-3E. Nv. 3110. Nv. 3050. Nv. 3110. Nv. 3050. CIRCUITO NAZARENO OESTE. CIRCUITO NAZARENO ESTE. Figura 09: Circuito de ventilación de Nazareno este y Nazareno oeste.. 19.

(30) CIRCUITO DE VENTILACIÓN – PROMETIDA LUCIA. L u c i a A l t . 0 2. OESTE. RB. 2. Río Chilcaymarca. Nv.3800. ESTE. Volcán Mauras. Rampa Prometida. 650HP Rampa Ch 1090 Mario. Área a negociar Mauras. Nv.3740. Nv.3800 Nv.3740. Nv.3690. Nv.3690 CH 1085 RC.1250. Nv.3610. PIQUE PROMETIDA. Nv.3585 Nv.3540. Nv.3610. CH.710. Nv.3585. Rb 870-1 309m. RC 1161-1. Nv.3540. CH 985. Nv.3490. Nv.3490. Nv.3440. Nv.3440 Rb 874-1N. Nv.3390. Cx1366-E 449m. Nv.3340. Nv.3390 Rb 874-2N 299m. RC 1250-3. Nv.3340. Nv.3290. Nv.3290 Ch 948. Nv.3230 Nv.3170 Nv.3110. Nv.3050. Rb 8742N-A 227m. RC 1250-4. Rb 874-3N 227m. Rb 874-4N 227m. Rc673-4 175 m. Nv.3230 Nv.3170. LEYENDA Ventilador Aire Fresco Ch673-4 Aire Viciado 60 m Proyecto CH RC. 400 m. Nv.3110 400 m. 400 m. Nv.3050. Figura 10: Circuito de ventilación de Prometida y Lucia.. En la mina se tiene ventiladores primarios instalados en superficie, son los siguientes (Tabla 06) Tabla 06: Ventiladores Primarios instalados en superficie No.. Ventilador. Ubicación. Tipo Sopl/ Asp. Caudal med p3/min. Potencia del Motor, HP. 1. Howden, d = 1.6 m. Rampa Prometida. S. 185,678. 500. 2. Airtec, d = 1.52 m. Chimenea RC 910. S. 133,953. 300. 3. Airtec, d = 1.52 m. Chimenea CH 940. A. 136,878. 300. 4. ZITRON, d = 2.5 m. Chimenea RC 625. A. 289,222. 780. 5. ZITRON, d = 2.5 m. Chimenea RC 800. A. 315,001. 780. 6. ZITRON, d= 2.5m. Chimenea RC 1090. A. 347,066. 780. HP de Ventiladores Zitron es potencia al eje.. 20.

(31) 3.1.3.1. Límites permisibles   . Los límites permisibles de gases, para el trabajo en interior mina son: Monóxido de carbono: 25 ppm Dióxido de carbono: 5000 ppm (0.5 %) Oxigeno: mayor a 19.5.. 3.1.3.2. Temperatura en la roca En la mina Chipmo se ha realizado una medición de la temperatura de la roca y se ha determinado que conforme se profundiza la mina, la roca eleva su temperatura en 3.8 °C por cada 100m. 3.1.4. Instrumentos y sensores electrónicos de medición 3.1.4.1. Sensores de temperatura: La temperatura es el grado de agitación molecular que posee la materia. Los sensores comúnmente usados para la medición de la temperatura son básicamente los siguientes: Termocupla, es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. Ampliamente usado en la industria por su bajo costo, pero su principal inconveniente es la exactitud, ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.. Figura 11. Imagen de una termocupla.. 21.

(32) Termo resistencia (RTD), su principio de funcionamiento es la variación de la resistencia en forma proporcional a la temperatura. Son de elevada precisión con un amplio rango de medición (-50 a 800ºC), siendo de mayor costo que las termocuplas; las más usadas las PT100 constituidas de platino, que presentan una resistencia de 100 ohmios a 0ºC, se les puede encontrar en diferentes tipos de encapsulamiento con elevados grados de protección para su uso en la industria, así como también existen PT100 de dos, tres y cuatro hilos.. Figura 12. Imagen correspondiente a una RTD PT100.. Sensor Semiconductor LM35, es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto: 150ºC = 1500mV -40ºC = -400mV. Figura 13. Imagen correspondiente al sensor LM35.. 3.1.4.2. Sensores de Presión En los sensores electrónicos en general, la presión actúa sobre una membrana elástica,. midiéndose la flexión.. Para detectarla pueden. 22.

(33) aprovecharse diversos principios físicos, tales como inductivos, capacitivos, piezorresistivos,. ópticos,. monolíticos. (con. módulos. electrónicos. extremadamente pequeños, totalmente unidos) u óhmicos (mediante cintas extensométricas).. Figura 14. Tipos sensores de presión industriales.. Para la industria se requieren transductores de presión de variados rangos de medición, además de ser lo suficientemente robustos para ser sometidos a las extremas condiciones en las que opera una planta industrial. Los transmisores de los sensores de temperatura se encuentran normalizados para entregarnos una corriente de 4 a 20 mA proporcional a la presión censada. Los sensores de temperatura industriales existen sin display, con display o indicador local, con transductor tipo diafragma (los más recomendados) ya que el fluido no llega a ingresar al interior, teniendo mayor durabilidad y resistencia a la corrosión y oxidación. 3.1.4.3. Sensores de Humedad La medición de la humedad es un proceso verdaderamente analítico en el cual el sensor debe estar en contacto con el ambiente de proceso a diferencia de los sensores de presión y temperatura que invariablemente se encuentran aislados del proceso por protecciones conductoras del calor o diafragmas respectivamente. Esto tiene, por supuesto, implicancias en la contaminación y degradación del sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente.. 23.

(34) La medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. En nuestro medio podemos encontrar sensores de humedad relativa del tipo resistivo, capacitivo, inductivo, a los cuales para poder utilizarlos se debe utilizar un circuito acondicionador de señal.. Figura 15. Tipos sensores de humedad industriales.. La industria, requiere de sensores que posean encapsulados que cumplan con las normas de calidad y que ofrezcan un alto grado de protección y que incorporen transmisores normalizados que proporcionen por ejemplo corrientes de 4 a 20mA proporcional a la magnitud censada.. Figura 16. Tipos sensores de humedad encapsulados.. 3.1.4.4. Sensores de Vibración IFM. El equipo electrónico de control de vibraciones tipo VK supervisa online el estado general de las vibraciones en máquinas e instalaciones según ISO 10816. Para ello el sensor mide la velocidad efectiva de vibración en una superficie de la pieza que no esté girando. El sencillo manejo a través de dos anillos de ajuste radiales permite la rápida configuración del punto de conmutación y del tiempo de respuesta. Asimismo, el equipo dispone de una. 24.

(35) salida analógica. El transmisor de vibración tipo VT de inox transmite el valor característico como señal de corriente (4…20 mA) al sistema de control.. Figura 17. Sensor de vibración VK.. Especificaciones Tabla 07. Especificaciones de sensor de vibración Impacto mecánico/Vibración Máximos. 0 → 25mm/s. Corriente Máxima. 500 mA. Tensión DC Máxima. 32V. Longitud. 73.1mm. Temperatura de Funcionamiento Mínima. -25°C. Temperatura de Funcionamiento Máxima. +80°C. Dimensiones. 27 (diám.) x 73,1 mm. 3.1.4.5. Sensor de caudal ultrasónico Funciona por el principio simple de tiempo de transito de un pulso. Esto consiste en él envió y recepción de pulsos de ultrasonido entre un par de sensores y el sistema examina la diferencia de tiempo en la señal. Es muy importante en este principio de medición respetar la distancia y el ángulo de los sensores ultrasónicos.. 25.

(36) Figura 18. Caudalímetro ultrasónico. 3.1.4.6. Sensor de Gases Los sensores para la detección de gases y vapores son transductores que usan ciertas propiedades de los gases para la conversión en una señal eléctrica adecuada. Especialmente tres principios de medición se han hecho dominantes en las décadas recientes de la detección industrial de gases: sensores electroquímicos, sensores de perla catalítica y sensores infrarrojos. Sensores electroquímicos Muchos gases tóxicos también son muy reactivos y en condiciones adecuadas cambian con reacciones químicas. El sensor electroquímico es un micro-reactor, que con la presencia de gases reactivos produce electrones exactamente como una batería. El flujo de electrones es una corriente eléctrica muy baja pero medible. Un sensor electroquímico consiste como mínimo dos electrodos (electrodo de medida y contra electrodo) que tienen contacto eléctrico de dos maneras diferentes: por un lado vía un medio eléctricamente conductivo llamado electrolito (un líquido pastoso para transportar iones), por otro lado vía un circuito de corriente eléctrica externo (un simple cable de cobre para transportar electrones):. 26.

(37) Figura 19. Sensor electroquímico.. Los electrodos están fabricados de un material especial que también tiene características catalíticas haciendo posible reacciones químicas en la llamada zona de 3 fases, donde hay presencia de gas, catalizador sólido y electrolito líquido. El recolector de electrones oxígeno necesario para esta reacción proviene del aire ambiente. Se conocen más recolectores de electrones, por ejemplo cloro, flúor, ozono o dióxido de nitrógeno. Así la corriente de los sensores utilizados para estos gases fluye en dirección invertida. La corriente se puede medir con un micro-amperímetro. Más de cien gases y vapores son detectables por los sensores electroquímicos. Algunos de estos reaccionan muy específicamente a gas patrón, otros son típicos sensores de grupos de gases que son sensibles a muchos gases reactivos diferentes.. 3.1.5.. Equipos de Actuación. 3.1.5.1. Variador de velocidad. Un variador de C.A. es un dispositivo utilizado para controlar la velocidad de rotación de un motor de inducción. Este tipo de motores también se conocen como motores asíncronos o en jaula de ardilla.. 27.

(38) El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor. El variador recibe la tensión de red a la frecuencia de red (60Hz) y tras convertirla y después ondularla produce una tensión con frecuencia variable. La velocidad de un motor va prácticamente proporcional a la frecuencia.. Figura 20. Diagrama de bloques de un variador. Además de cambiar la frecuencia, el variador también varía el voltaje aplicado al motor para asegurar que existe el par necesario en el eje del motor sin que surjan problemas de sobrecalentamiento. a) Principales funciones de los variadores de velocidad electrónicos . Aceleración controlada. La aceleración del motor se controla mediante una rampa de aceleración lineal o en «S».. Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de aceleración adecuado para la aplicación.. . Variación de velocidad. Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador. En este caso, es un sistema, rudimentario, que posee un mando controlado mediante las magnitudes eléctricas del motor con amplificación de potencia, pero sin bucle de realimentación: es lo que se llama «en bucle abierto».. 28.

(39) La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada (tensión o corriente) llamado consigna o referencia. Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en función de las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura). El margen de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal. . Regulación de la velocidad. Un regulador de velocidad es un dispositivo controlado (figura 1). Posee un sistema de mando con amplificación de potencia y un bucle de alimentación: se denomina, «bucle cerrado». La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia. El valor de la consigna se compara permanentemente con la señal de alimentación, imagen de la velocidad del motor. Esta señal la suministra un generador tacométrico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor. Si se detecta una desviación como consecuencia de una variación de velocidad, las magnitudes aplicadas al motor (tensión y/o frecuencia) se corrigen automáticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial. Gracias a la regulación, la velocidad es prácticamente insensible a las perturbaciones. La precisión de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular.. Figura 21. Diagrama de regulación de velocidad.. . Deceleración controlada. 29.

(40) Cuando se desconecta un motor, su deceleración se debe únicamente al par resistente de la máquina (deceleración natural). Los arrancadores y variadores electrónicos permiten controlar la deceleración mediante una rampa lineal o en «S», generalmente independiente de la rampa de aceleración. Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de régimen fijada a una velocidad intermediaria o nula: Si la deceleración deseada es más rápida que la natural, el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la máquina; se habla entonces de frenado eléctrico, que puede efectuarse reenviando energía a la red de alimentación, o disipándola en una resistencia de frenado. Si la deceleración deseada es más lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la máquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada. . Inversión del sentido de marcha. La mayoría de los variadores actuales tienen implementada esta función. La inversión de la secuencia de fases de alimentación del motor se realiza automáticamente o por inversión de la consigna de entrada, o por una orden lógica en un borne, o por la información transmitida a mediante una red. . Frenado. Este frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de desaceleración. Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asíncronos, esta función se realiza de forma económica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energía mecánica se disipa en el rotor de la máquina y, por tanto, este frenado sólo puede ser intermitente. En el caso de. 30.

(41) un variador para motor de corriente continua, esta función se realiza conectando una resistencia en bornes del inducido. . Protección integrada. Los variadores modernos aseguran tanto la protección térmica de los motores como su propia protección. A partir de la medida de la corriente y de una información sobre la velocidad (si la ventilación del motor depende de su velocidad de rotación), un microprocesador calcula la elevación de temperatura de un motor y suministra una señal de alarma o de desconexión en caso de calentamiento excesivo. Además, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, están dotados de protecciones contra: . los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra,. . las sobretensiones y las caídas de tensión,. . los desequilibrios de fases,. . el funcionamiento en monofásico.. b) Ventaja de los variadores de velocidad Cuando comparamos la alimentación de un variador de velocidad con la alimentación convencional de un motor notamos las siguientes ventajas: . Menor consumo. Con una alimentación convencional el motor funciona siempre a velocidad nominal. Con un variador la velocidad se ajusta a la velocidad necesaria. Por ejemplo en bombas de riego para regular el caudal se cierran las llaves de paso mientras que con un variador se reduce la velocidad de funcionamiento consumiendo menos.. . Instalación más sencilla con menos errores de cableado.. . Funciones de protección: límite de corriente, fallo de tierra, protección contra caída de tensión, etc.. 31.

(42) . Arranque y paradas suaves. Alarga la vida del motor, evita daños en elementos auxiliares. Por ejemplo en bombas de pozo las arrancadas y paradas suaves eliminan los golpes de ariete que provocan rotura de válvulas, daños en las bombas, etc.. . Posibilidad de control y seguimiento por ordenador. Variadores pueden enviar información a un ordenador para su posterior análisis.. . Cubre necesidades de regulación. Por ejemplo en ventiladores permite controlar su velocidad en función de la temperatura.. . No usa contados ON/OFF. Esto proporciona seguridad y fiabilidad.. . Facilidad y seguridad para cambiar de sentido de giro.. 3.1.6.. Equipos de control de procesos. 3.1.6.1. PLC Twido Es un controlador lógico programable de gama baja, Twido se encuentra disponible en dos versiones: Compacto y Modular, que comparten extensiones de E/S y el software de programación otorgándole máxima flexibilidad y simplicidad de uso. La ventaja de los PLC modulares es que podemos expandirlo según sea la necesidad que requiera el proceso, ya sea en tipo de E/S o cantidad de las mismas. Otra ventaja es que si por diferentes razones se llega a dañar alguna E/S, solo procedemos a reemplazar el modulo correspondiente y no todo el PLC.. 32.

(43) Figura 22. Modelos y Gamas de PLC’s.. Los Controladores programables Twido, han sido optimizados para las instalaciones sencillas y las máquinas pequeñas: aplicaciones estándar de 10 a 100 E/S (máx. 252 E/S). Donde el Twido ofrece una flexibilidad y sencillez a la hora de automatizar este tipo de aplicaciones. En la siguiente tabla se describe las funciones principales de los controladores: Tabla 08. Principales Funciones PLC. FUNCIÓN. DESCRIPCIÓN. Exploración. Normal (cíclica) o periódica (constante) (de 2 a 150 ms).. Tiempo de ejecución. 0,14 µs a 0,9 µs para una instrucción de lista.. Capacidad de memoria. Datos: 3.000 palabras de memoria para todos los controladores, 128 bits de memoria para los controladores TWDLCAA10DRF y TWDLCAA16DRF y 256 bits de memoria para el resto de los controladores. Controlador compacto de 10 E/S: 700 instrucciones de lista Controlador compacto de 16 E/S: 2.000 instrucciones de lista. Programa. Controladores compactos de 24 E/S y modulares de 20 E/S: 3.000 instrucciones de lista Controladores modulares de 20 E/S y 40 E/S, y controladores compactos de 40 E/S: 6.000 instrucciones de lista (con un cartucho de 64 KB; en cualquier otro caso, 3.000 instrucciones de lista). Backup de RAM. Todos los controladores: Por medio de la batería de litio interna. La duración de backup es aproximadamente de 30 días (normalmente) a 25 °C después de haber cargado la batería por completo. El tiempo de carga es de 15 horas para cargar hasta el 90% de la capacidad total. La autonomía de la batería es de 10 años cuando se carga durante 9 horas y se descarga durante 15 horas. La batería no se puede reemplazar. Controladores compactos 40DRF: Por medio de una batería de litio interna reemplazable por el usuario (además de la batería interna integrada). La duración del backup es de tres años aproximadamente (típica) a 25 °C (77 °F) en condiciones de funcionamiento normales del controlador (normalmente, no existe desactivación a largo plazo del. 33.

(44) controlador). El indicador LED BAT del panel frontal proporciona información acerca del estado de la alimentación de la batería. Todos los controladores: EIA RS-485 Puerto de programación. Controlador compacto TWDLCAE40DRF: puerto de comunicación RJ45 Ethernet integrado Controladores compactos de 10 y 16 E/S: no disponen de módulos de ampliación. Módulos de E/S de ampliación. Controladores compactos de 24 E/S y modulares de 20 E/S: hasta cuatro módulos de ampliación de E/S Controladores modulares de 40 E/S y compactos de 40 E/S: hasta siete módulos de ampliación de E/S. Módulos de interface del bus AS-Interface V2. . Controladores compactos de 10 y 16 E/S: no disponen de módulos de interface del bus AS-Interface Controladores compactos de 24 y 40 E/S, y modulares de 20 E/S y de 40 E/S: hasta dos módulos de interface del bus AS-Interface. Comunicación de conexión remota. Máximo siete esclavos por E/S remota o controladores Peer Longitud máxima de toda la red: 200 m. Comunicación Modbus. Tipo EIA RS-485 sin aislamiento; longitud máxima: 200 m. Modo ASCII o RTU.. Comunicación Ethernet. Controlador compacto TWDLCAE40DRF y módulo de interface Ethernet 499TWD01100: comunicaciones de tipo Ethernet 100Base-TX auto negociadas a través del protocolo TCP/IP, en el puerto RJ45 integrado.. Comunicación ASCII. Protocolo semidúplex hacia un dispositivo. Comunicaciones. Los controladores Twido disponen de un puerto serie, o de un segundo puerto opcional, que se utiliza para servicios en tiempo real o de administración de sistemas. Los servicios en tiempo real proporcionan funciones de distribución de datos para intercambiar datos con dispositivos de E/S, así como funciones de administración para comunicarse con dispositivos externos. Los servicios de administración de sistemas controlan. 34.

(45) y configuran el controlador por medio de TwidoSoft. Cada puerto serie se utiliza para cualquiera de estos servicios, pero sólo el puerto serie 1 es válido para comunicarse con TwidoSoft. Para poder utilizar estos servicios, existen tres protocolos disponibles en cada controlador: Conexión remota, Modbus, ASCII. . PLC Modular TWDLMDA20DRT. A continuación se menciona sus principales características: Tabla 09. Características de TWIDO modular. PRINCIPAL Rango del producto. TWIDO. Tipo de producto. Modular. Numero de I/O Digitales. 20. Número de Entradas Digitales. 12. Voltaje de entrada Digital. 24V DC. Número de Salidas Digitales. 2 a transistor, 6 a relé. COMPLEMENTARIA Límites de entrada de Voltaje. 20.4 a 26.4V 5 mA I0.0 a I0.1 7 mA I0.2 a I0.5. Corriente de entrada discreta 5 mA I0.6 a I0.7 7 mA I0.8 a I0.11 5700 Ohm I0.0 a I0.1 4700 Ohm I0.2 a I0.5 Impedancia de Entrada 5700 Ohm I0.6 a I0.7 4700 Ohm I0.8 a I0.11 Voltaje de Salida discreta. 24V. Límites de salida de Voltaje. 20.4 a 28.8V. Corriente de salida por canal. 0.36A salida a transistor. 35.

(46) 2A salida a relé 1A salida a transistor Corriente por salida común 8A salida a relé 5us para Q0.0 y Q0.1 a estado 1 Tiempo de Respuesta 5us para Q0.0 y Q0.1 a estado 0 Corriente de carga. 2 A 240 V AC resistiva salida a relé 2 A 30 V DC resistiva salida a relé 2 A 240 V AC inductiva salida a relé 2 A 30 V DC inductiva salida a relé. Para conectarnos al módulo desde una Pc, necesitamos del Twidoport, que no es sino una pasarela entre Modbus RS485 y Ethernet/IP. Se alimenta, tomando la alimentación de +5v del PLC, lleva un tipo de conexión integrado TCP/IP RJ45 de Ethernet, 10/100 Mbit/s.. Figura 23. Esquema de Conexión entre el PLC, el Twidoport y la PC.. Módulo de expansión de Entradas Analógicas TWDAMI8HT Principales características del módulo: Tabla 10. Características del módulo TWDAMI8HT. Tipo de conexión de entradas. Bloque de terminales Removible. 36.

(47) Modulo tipo. Entradas Analógicas. Número de Entradas. 8 Entradas (0-10V, 0-20mA). Resolución por cada entrada. 10 bits. Impedancia de entrada. 470ohm entrada de corriente. Periodo de Muestreo. 8ms. Periodo de adquisición. 1280ms. Duración del Muestreo. ≤ 160 ms. Rechazo en modo común. -90dB. Aislamiento entre canales. Optoacoplador. Grado de protección. IP20. Temperatura de operación. 0...55 °C. A continuación se muestra una imagen que detalla la forma de conexión a las entradas analógicas del módulo de expansión TWDAMI8HT.. Figura 24. Este esquema correspondiente al módulo TWDAMI8HT.. 3.1.6.2. Controlador PLC Beckhoff . Descripción del PLC. El PLC BC9191 es un controlador compacto y tiene las interfaces de sensores / actuadores necesarios para la automatización. De esta manera, se puede utilizar como un controlador autónomo o local. En comparación con el BC9191-0000, el BC9191-0100 tiene una interfaz RS485 para que, por ejemplo, unidades de control de sala, estaciones meteorológicas, abre. 37.

(48) puertas eléctrico o esclavos DMX pueden ser conectados. La comunicación con los dispositivos generalmente se lleva a cabo a través del protocolo Modbus RTU, pero también puede tener lugar a través de un protocolo Ethernet la cual el usuario puede definir libremente. La interfaz de bus K hace que la extensión por toda la gama de posibles terminales de autobuses en cualquier momento.. Figura 25. PLC Beckhoff BC9000.. Tabla 11. Características técnicas PLC BC9191.. Datos técnicos de PLC. BC9191-0100. Number of Bus Terminals. 64. Programming. with TwinCAT via Ethernet. Max. number of bytes fieldbus. 512 byte input and 512 byte output. Ethernet interface. 2 x RJ 45 (switched). Protocol. TwinCAT ADS, Modbus TCP. Digital inputs. 3 contacts (e.g. window contact, dew point, occupancy sensor). Analog inputs. 3 x 0…10 V (e.g. CO2 sensor, air quality sensor, brightness sensor) 1 x Pt/Ni1000 (-20…+60 °C) for air temperature measurement 1 x resistance measurement for set value specification (0…10 KΩ). Digital outputs. 1 x 230 V AC, 10 A, relay (e.g. air heater) 3 x 230 V AC, 1 A, relay (3-stage fan). 38.

(49) 2 x 230 V AC, 1 A, triac (e.g. valves for heating and cooling). Analog outputs. 2 x 0…10 V (e.g. volumetric air flow controller). Bus interface. 2 x RJ 45 (switched). Sub bus system. 1 x RS485. Supply voltage. 230 V AC. Current supply K-bus. 200 mA. Operating/storage temperature. 0…+55 °C/-25…+85 °C. Protect. class/installation pos.. IP 20/vertical. . Software de programación TwinCat 2.0. TwinCAT es un software muy potente para realizar control en PC en tiempo real. Accediendo a su menú principal, podemos visualizar las siguientes opciones: Log View, es un programa que monitoriza los eventos del sistema y que arranca de forma automática. El subsistema TwinCAT I/O se encarga de gestionar las conexiones de entrada y salida y puede ser reseteado desde TwinCAT System Service. Para ello, se debe seleccionar la opción reset del menú. El reset es aplicado a todos los fieldbus (buses de campo) configurados. El System Manager es el que se encarga de gestionar y configurar la red en tiempo real con todos los dispositivos controlados. En esta parte se incluirán todos los bloques y dispositivos que contiene nuestra red y se configurará las opciones de tiempo del bucle de control del PC.TwinCAT PLC Control es un programa completo con un entorno desarrollado para funciones de PLC.. 39.

(50) Permite al programador una entrada sencilla mediante los eficaces recursos del leguaje basado en IEC 61131-3, que define las especificaciones de la sintaxis y semántica de los lenguajes de programación de PLC’s, incluyendo el modelo de software y la estructura del lenguaje.. Figura 26. TwinCat PLC control. 3.1.6.3. Panel View HMI (Interfaz Hombre Maquina) Estas terminales proporcionan un poderoso procesamiento de datos compatibles tales como gráficas, y manejo de expresiones, que permiten operar una aplicación bajo cualquier protocolo (Ethernet, Modbus, Devicenet Control Net, etc.). ESA cuenta con una gran variedad de Panel View, para todas y cada una de las aplicaciones que se desee, para ello se deben tomar en cuenta algunos puntos tales como: Tipo de alimentación que se suministrara (120 Vac. 24 Vdc.) Tamaño y tipo de pantalla, los HMI pequeños; antiguamente eran monocromáticos, mientras que los de mayor tamaño eran a color.. 40.

(51) Actualmente existen Panel View de pequeño tamaño que también son de color, inclusive con pantalla táctil. El tipo de Comunicación que se desea, o el tipo de red con el que se va a interactuar. (Puerto Ethernet, modbus TCP/IP) Modo de operación (mediante Teclado o Pantalla Táctil) Una de las grandes ventajas que presentan los Panel View, contra una PC es que poseen una protección contra un ambiente sucio grado 2. Pueden ser montados en gabinetes para protección contra corto circuito, pero para ello es necesario tener la ventilación adecuada para dispersar el calor, producido por los demás elementos dentro del gabinete. Los rangos de temperatura de estos equipos son de 0 a 55°C. Otra ventaja de los Panel View es la facilidad que presenta para su programación, están preparados para ciclos duros de trabajo, además de convertirse en una herramienta casi indispensable para todo operador.. Figura 27 Pantalla Tactil HMI ESA SC.. 3.1.7. Comunicación OPC El continuo avance y crecimiento de la industria ha conllevado al incremento en necesidades de comunicación e integración de sistemas de control. Numerosos fabricantes han lanzado al mercado elementos actuadores,. sensores,. controladores. con. diferentes. plataformas. y. compatibilidades de comunicación. Las tecnologías de control han encontrado un problema al momento de integrar distintos elementos en una sola plataforma. Una alternativa para ello, es la disposición de drivers para. 41.

(52) distintas aplicaciones y la convergencia hacia una plataforma principal para integrar varias plataformas a diversos equipos de control. Otra alternativa de mayor. flexibilidad. software. de. es. OPC. (Ole. for. Process. Control),. aplicación. entorno Microsoft Windows, que actúa como un bus de. comunicación de datos bajo una arquitectura cliente – servidor. Llámese Servidor OPC, a la aplicación que exporta variables de elementos físicos hacia una plataforma de intercambio de datos, y llámese cliente OPC a la aplicación que accede a los datos para procesarlos y supervisarlos, ver Figura 28.. Figura. 28 Intercambio de datos entre diversos elementos de control.. OPC es conectividad abierta vía estándares abiertos en automatización industrial. y empresas de sistemas que soportan la industria. La. interoperabilidad es asegurada a través de la creación y mantenimiento de especificaciones estándar abiertas. En OPC actualmente se tiene siete especificaciones estándar completadas y en desarrollo.. 42.

(53) Figura 29. Arquitectura OPC Basada en estándares básicos y tecnología del mercado general de computación, OPC ha sido adaptado y especificado por la Fundación OPC para cubrir las necesidades de la industria actual. OPC seguirá creando nuevas normas que se adapten con las tecnologías existentes para usar en nuevas tecnologías. El primer estándar (llamado simplemente la especificación OPC y ahora llamado la especificación al acceso de datos) resultado de la colaboración de varios de los principales proveedores de equipos de automatización de todo el mundo que trabajan en cooperación con Microsoft. Basado originalmente OLE COM de Microsoft (Component Object Model) y DCOM. (distributed. component. definió. object. model). tecnologías,. la. especificación. un. conjunto de estándares de objetos, interfaces y métodos para uso en control de procesos y automatización. para. facilitar. su. interoperabilidad.. El. DCOM / COM tecnologías proporcionaron el marco para los productos de software a desarrollar. En la actualidad hay cientos de servidores y clientes OPC Data Access. En el mundo de la automatización industrial, Intellution escribió su HMI (Human Machine Interface) software y controlador propietario para cada dispositivo industrial. (incluyendo todas las marcas de PLC). Rockwell. 43.

(54) escribió su HMI y un driver propietario para cada dispositivo industrial (incluyendo todas las marcas de PLC, no únicamente las suyas). Haciendo una analogía con las aplicaciones de impresoras, Windows resolvió el problema de controlador de impresora mediante la incorporación de soporte de impresoras en el sistema operativo. Ahora un controlador de. impresora. sirve. todas. las. aplicaciones. Windows proporcionó la. infraestructura para permitir al controlador industrial de dispositivo encontrar su solución también. Adicionando la especificación OPC a la tecnología OLE de Microsoft en Windows. Hoy en día, los fabricantes de dispositivos industriales podrían escribir servidores OPC DA y el software (como HMI) podrían convertirse en clientes OPC. El beneficio. resultante para los proveedores de software ha sido la. capacidad de reducir sus gastos para la conectividad y concentrarlos en las principales características del software. Para los usuarios, el beneficio fue la flexibilidad. Ahora ellos podrían elegir a los proveedores de software basada en sus características en lugar de "¿Tienen el controlador para mi dispositivo?". Ellos no tienen que crear una interfaz personalizada que debe asumir el coste total de la creación y mejora a través del sistema operativo o cambios de proveedor de dispositivos. A los usuarios se les ha asegurado también la conectividad de mayor calidad como la especificación de OPC DA codificada, el mecanismo de conexión y pruebas de conformidad. Ya que los estándares OPC se basan a su vez en normas industria de la computación, la fiabilidad técnica está asegurada. La especificación original normalizó la adquisición de datos de proceso. Se dio cuenta rápidamente que la comunicación de otros tipos de datos podrían beneficiarse de la normalización. Normas para alarmas y eventos, datos históricos y datos relativos al rubro, también se pusieron en marcha. Las especificaciones actuales y emergentes de OPC son: OPC Data Access. 44.

(55) Se usa para mover los datos en tiempo real de los PLC, DCSs, y otros dispositivos de control a HMI y otros clientes. Aprovecha las versiones anteriores, mientras mejora la capacidad de navegación y la incorporación del esquema XML-DA. OPC Alarms & Events Proporciona notificaciones de eventos y alarmas bajo demanda (en contraste con el flujo continuo de Data Access).. Estos incluyen alarmas de. proceso, acciones del operador, mensajes informativos y de seguimiento / Mensajes de auditoría. OPC Batch Esta especificación lleva la filosofía OPC a las necesidades especializadas de los procesos por lotes. Proporciona las interfaces para el intercambio de capacidades de los equipos (correspondientes a la S88.01 Modelo Físico) y las condiciones de funcionamiento actuales. OPC Data eXchange Esta especificación nos lleva de cliente / servidor a servidor - servidor con comunicación a través de redes de campo Ethernet. Esto proporciona la interoperabilidad. entre. proveedores,. añade. configuración. remota,. diagnóstico y seguimiento de servicios de gestión. OPC Historical Data Access Cuando OPC Data Access proporciona acceso en tiempo real, cambiando continuamente de datos, OPC Historical Data Access proporciona acceso a datos ya almacenados. Desde un simple sistema de registro de datos serial a un complejo sistema SCADA, así los archivos históricos se pueden recuperar de manera uniforme. OPC Security Todos los servidores OPC proporcionan información que es valiosa para la empresa y si no se actualiza, podría repercutir de manera importante a. 45.

(56) los procesos de la planta. OPC Security especifica cómo controlar el acceso de clientes a estos servidores con el fin de proteger esta información sensible y proteger contra modificaciones no autorizadas de los parámetros del proceso. OPC XML-DA OPC XML-DA Proporciona reglas flexibles, coherentes y formatos para la exposición de datos usando XML, aprovechando el trabajo realizado por Microsoft y otros en SOAP y servicios Web. OPC Complex Data Especificación similar al Data Access y XML-DA que permite a los servidores exponer y describir tipos de datos más complicados, como las estructuras binarias y documentos XML. OPC Commands Un Grupo de Trabajo ha sido creado para desarrollar un nuevo conjunto de interfaces que permiten a los clientes y servidores OP identificar, enviar y monitorear comandos de control que se ejecutan en un dispositivo. OPC Unified Architecture Un nuevo conjunto de especificaciones que no están basadas en Microsoft COM que proporcionará la plataforma basada en estándares de capacidad. Dentro de la arquitectura OPC, cada dato físico, como la lectura de un sensor de nivel o una dirección de memoria en un PLC, se convierten en variables o Tags, y es el servidor OPC el que permite el acceso a tales datos. Un cliente puede leer conjuntos de Tags, denominados Ítems, en forma síncrona o asíncrona. Los datos que cualquier cliente puede exportar son tipo Booleano, Entero, Flotante, Doble Flotante o array de datos. 3.1.8.. Control PID. Un controlador PID combina las buenas características de la estabilidad del controlador PD, y la característica de eliminación del error del controlador PI,. 46.