DEPARTAMENTO DE INGENIERIA INFORMATICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
DESARROLLO DE PROGRAMA, IMPLEMENTACIÓN Y PUESTA EN MARCHA CON PLC SIMATIC S5 PARA CONTROL DE MOLINO SAG
EN MINERA BAJO LA ALUMBRERA REP. ARGENTINA
JOEL SIERRA IRRIBARRA ERIK ALVAREZ GALLARDO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA INFORMATICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
DESARROLLO DE PROGRAMA, IMPLEMENTACIÓN Y PUESTA EN MARCHA CON PLC SIMATIC S5 PARA CONTROL DE MOLINO SAG
EN MINERA BAJO LA ALUMBRERA REP. ARGENTINA
“TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO DE EJECUCIÓN
EN COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA”
PROFESOR GUIA:
VLADIMIR RIFFO BOUFFANAIS
JOEL SIERRA IRRIBARRA ERIK ALVAREZ GALLARDO
Agradecimientos
“Bien aventurado el hombre que halla la sabiduría, y que obtiene la inteligencia; porque su ganancia es mejor que la ganancia de la plata, y sus frutos mas que el oro fino…”Proverbios 3: 13 y 14
Agradezco a Dios, a mi esposa e hijos que me acompañaron en estos largos años de estudio y esfuerzo, brindándome siempre amor, comprensión y animo.
Finalmente, agradezco sinceramente a mi profesor guía y profesores que me entregaron sus conocimientos sin límites para hacer de mí un profesional de calidad.
Joel.
Agradezco a Dios que me dio la posibilidad de estudiar, a mi esposa que me dio amor y comprensión, a mis padres que me entregaron valores como el trabajo y esfuerzo. Sin duda esto no es sólo mío sino también vuestro.
Agradezco a mi profesor guía y muy especialmente a los académicos que contribuyeron a mi formación...
Resumen
Con este trabajo de titulación se pretende dar a conocer el desarrollo de un programa de aplicación, su implementación y puesta en marcha para controlar los sistemas auxiliares, el accionamiento eléctrico y las comunicaciones con diferentes subsistemas de un Molino SAG (Semi Autógeno). Esta aplicación fue desarrollada con un Controlador de Lógica Programable (PLC) Siemens. Inicialmente, se describen los alcances del desarrollo solicitado, donde se detallan cada una de las etapas a ser controladas, se indica la cantidad de entradas y de salidas para la definición del hardware a implementar. Posteriormente, se describe la estrategia de control propuesta como solución enmarcada en los estándares solicitados por Siemens, se detalla el hardware propuesto y su estructura, se indica un resumido análisis económico para mostrar lo rentable del proyecto, una carta gantt con el uso de los recursos indicando las etapas del desarrollo y el presupuesto con la definición de los costos de ingeniería. Finalmente, se da a conocer en detalle las estructuras utilizadas para la elaboración del software de control, su implementación y la puesta en marcha del programa de aplicación. Esto tiene como finalidad transmitir la experiencia y las consideraciones que se deberían tener al desarrollar de proyecto de esta índole. Este desarrollo, implementación y puesta en marcha se ejecutó satisfactoriamente bajo los estándares de Siemens, cumpliendo las expectativas del cliente final.
Índice de Contenidos
Contenido Página
CAPITULO 1. INTRODUCCION. ...9
1.1. Proyecto de control del accionamiento para Molino SAG. ...9
1.2. La Molienda SAG. ...10
CAPITULO 2. REQUERIMIENTOS, OBJETIVOS Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. ……… ... 12
2.1. Requerimientos del Sistemal...12
2.2. Objetivos del Sistema...12
2.3. Descripción del Sistema a Controlar ...13
2.4. Requerimientos del Control (Hardware y Software) ...18
CAPITULO 3. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE CONTROL, HARDWARE PROPUESTO Y ANALISIS ECONOMICO. ...20
3.1. Estrategia Propuesta. ...20
3.2. Hardware Propuesto. ...24
3.3. Análisis Económico y Uso de los Recursos...27
3.4. Costo de los Servicios de Ingenieria. ...27
3.5. Carta Gantt...28
CAPITULO 4. IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE DE CONTROL. ...31
4.2. Estructura de una Isla...31
4.3. Estructura del PB Principal...33
4.4. Estructura de los PBs de enclavamientos On / Off (Interlock On/Off). ..37
4.5. Estructura de los PBs para el Star / stop de los drive. ...39
4.6. Estructura del PB para las mediciones analógicas...40
4.7. Estructura de los PBs colectores de mensajes. ...40
4.8. Protocolos de comunicación usados ...43
4.9. Estructura de los despliegues gráficos. ...44
4.10. Despliegue gráfico con Simatic HMI MP370 ...44
CAPITULO 5. IMPLEMENTACIÓN Y PUESTA EN MARCHA...50
5.1. Configuración del hardware...50
5.2. Pruebas de entradas y salidas. ...51
5.3. Pruebas de las comunicaciones. ...52
5.4. Pruebas del control. ...54
5.5. Consideraciones de una puesta en marcha. ...56
CAPITULO 6. CONCLUSIONES ...57
Índice de figuras
FIGURA 1.1:DIAGRAMA DE PROCESO USANDO MOLIENDA SAG...11
FIGURA 2.1:DIAGRAMA GENERAL DEL CONTENEDOR Y SISTEMA DE CONTROL PARA EL MOTOR DEL MOLINO SAG ...14
FIGURA 3.1:DIAGRAMA DE FLUJO DE SECUENCIA LÓGICA DEL PROGRAMA DE CONTROL ...22
FIGURA 3.2:DIAGRAMA PROPUESTO PARA EL CONTROL DEL SISTEMA...26
FIGURA 4.1:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DEL MILL DRIVE INTERLOCK...34
FIGURA 4.2:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DEL MILL DRIVE INTERLOCK (CONTINUACIÓN)...35
FIGURA 4.3:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DEL MILL DRIVE INTERLOCK (CONTINUACIÓN)...36
FIGURA 4.4:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DEL INTERLOCK ON/OFF...37
FIGURA 4.5:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DEL INTERLOCK ON/OFF (CONTINUACIÓN)...38
FIGURA 4.6:DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTRUCTURA DE LA FUNCIÓN DRIVE ON/OFF ...39
FIGURA 4.7:DIAGRAMA DEL CONTROL DE FUERZA EN MP370...45
FIGURA 4.8:DIAGRAMA DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN EN MP370 ...47
FIGURA 4.9:DIAGRAMA DE LOS INTERLOCK EN MP370 ...47
FIGURA 5.2:DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS PRUEBAS DE ENTRADAS Y SALIDAS...52
FIGURA 5.3:DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS PRUEBAS DE ENTRADAS Y SALIDAS...53
FIGURA 5.4:DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS PRUEBAS DEL CONTROL ...55
Índice de tablas TABLA 2.1 ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC REQUERIDAS PARA EL PROYECTO...19
TABLA 3.1 SEPARACIÓN DE ISLAS PARA EL PROYECTO...21
TABLA 4.1 ESTRUCTURA DE ISLAS EN EL SOFTWARE...32
TABLA 4.2 DESCRIPCIÓN DE SÍMBOLOS DEL DIAGRAMA DE CONTROL DE FUERZA...46
TABLA 4.3 DESCRIPCIÓN DE SÍMBOLOS DEL DIAGRAMA DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN
...48 TABLA 4.4 DESCRIPCIÓN DE SÍMBOLOS DEL DIAGRAMA DE LOS ENCLAVAMIENTOS....49
TABLA C.1 COMPONENTES DEL MOLINO Y MOTOR...70 TABLA C.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN...74
Indice de ecuaciones
CAPITULO 1.
INTRODUCCION.
1.1. Proyecto de control del accionamiento para Molino SAG.
Este trabajo de titulación, trata de un proyecto desarrollado en la Compañía Minera Bajo La Alumbrera, ubicada en la región de Catamarca, en la República de la Argentina, que se enmarca en la necesidad de desarrollar, implementar y poner en marcha un control con PLC, para el accionamiento de un molino SAG del tipo piñón corona. El proyecto consistió en desarrollar y poner en servicio el software de aplicación para el PLC que controla los sistemas auxiliares, configurar y programar la comunicación al control del accionamiento (sistema de control Vectorial) y al Sistema de control distribuido (DCS), finalmente la elaboración de las diferentes pantallas graficas y reportes para el monitoreo del proceso. Todo esto, estuvo condicionado por la Compañía Minera solicitante del servicio, para que utilizáramos todo el Hardware y Software de la marca Siemens. Debido a esta condición, se tuvo que hacer una extensa investigación acerca del hardware y software mas idóneo para un eficiente desarrollo de este proyecto, fue así como hubo una familiarización con la herramienta de despliegue gráfico Simatic HMI MP370, herramientas de despliegue de eventos como Siemens Scada WinCC, el PLC marca Siemens Simatic S5 155U, su lenguaje programación llamado STEP5 y diversos software de parametrización para las comunicaciones entre los diferentes sistemas. El desarrollo, implementación y puesta en marcha de este proyecto, representan toda una metodología y estructura de islas que en el desarrollo de este trabajo de titulación quedan extensamente descritos.
1.2. La Molienda SAG.
La molienda SAG o semiautógena se encuentra actualmente en el apogeo de su desarrollo con molinos de gran envergadura y potencia. A diferencia de la molienda autógena el material se tritura por la acción de sí mismo, el material es recibido directamente del chancador primario con un tamaño aproximado de 8 pulgadas, el que es mezclado con una solución de agua, cal y bolas de acero de 5 pulgadas de diámetro que ocupan un 12% aproximadamente de la capacidad total del molino. Todas estas características unidas a las propiedades dinámicas del sistema, logran un efecto de chancado y molienda más efectivo, con un menor consumo de energía y mejores resultados en la granulometría del material que no es superior a los 180 micrones.
No obstante, la alta fluctuación de las variables críticas como la velocidad de giro, el nivel de llenado, granulometría, viscosidad y masa de la carga, entre otros establecen un amplio campo para la optimización del proceso con nuevos sistemas de monitoreo y control para el accionamiento del Molino. La figura 1.1 muestra un ejemplo de un proceso con molienda SAG.
Hoy en día la tendencia de las grandes empresas mineras, es unificar sus áreas de Ingeniería de control de Procesos con el área de Tecnologías de la Información. Esta sinergia, ha abierto un campo impensado hasta hace un par de décadas, en relación a la aplicación de tecnologías en las áreas productivas. La minería en Sudamérica, no ha estado ajeno a esta tendencia, haciendo grandes inversiones en este campo, con el principal objetivo de aumentar su capacidad de procesamiento de mineral de cobre.
Figura 1.1: Diagrama de proceso usando molienda SAG (Tomado de archivo Mol_Sag.doc) Bomba alimentación Ciclones Pila deacopio Pesómetro Pesómetro Material 4” Electroimán SAG Molino Bolas A Flotación
CAPITULO 2.
OBJETIVOS, REQUERIMIENTOS Y
DESCRIPCION DEL SISTEMA A CONTROLAR.
2.1. Objetivos del sistema a controlar
El principal objetivo del sistema a controlar, es que se desea desarrollar un programa de aplicación bajo Step 5 para PLC SIMATIC S5 que permita el control de los sistemas auxiliares usados para accionar un molino SAG y la comunicación entre los diferentes subsistemas usados para el monitoreo de las diferentes variables, el control eléctrico y el control que lo enlaza al resto del proceso en la planta concentradora, estos subsistemas están compuestos por:
• Unidad de monitoreo y despliegue gráfico de pantallas de proceso del molino SAG con sistema HMI y SCADA.
• Sistema de Control Vectorial para el control eléctrico del motor que acciona el molino SAG.
• Sistema de control distribuido (DCS), que enlaza el molino SAG al proceso de la planta concentradora.
Junto a esto, se debe programar e implementar la unidad de monitoreo con el despliegue de pantallas de proceso utilizando los software de desarrollo para sistemas HMI y SCADA. Finalmente se debe programar e implementar los protocolos de comunicación para la comunicación con los diferentes subsistemas, usando los correspondientes software específicos.
2.2. Requerimientos específicos del sistema
El desarrollo de la aplicación debe considerar los estándares de SIEMENS utilizados generalmente en los sistemas de control, donde
cada etapa de los sistemas auxiliares esta definido por un nombre y número específico. El programa de aplicación del PLC deberá controlar los sistemas auxiliares del motor y molino, considerando las siguientes condiciones:
• Partida y parada en forma local y remota de los motores de bombas y ventiladores.
• Enclavamientos de proceso y seguridad entre los equipos. • Estado de los componentes del sistema.
En lo que se refiere a la comunicación entre los diferentes subsistemas donde se realizara el intercambio de datos para el control y monitoreo, se usaran los siguientes métodos de comunicación:
• Comunicación serial DUST3 entre PLC y sistema de Control Vectorial.
• Comunicación serial RS485 entre PLC y DCS con Protocolo MODBUS RTU.
Comunicación Profibus DP entre PLC y Unidad de Monitoreo HMI y Sistema SCADA.
Con respecto a los sistemas de monitoreo, en la unidad HMI se debe diseñar y programar las diferentes pantallas que esquematicen las diversas etapas del sistema que acciona el molino SAG, indicando el estado de cada uno de sus equipos. Desde la unidad HMI no se requiere realizar alguna acción, solo es de monitoreo. En el sistema SCADA, se debe diseñar y programar el despliegue de registro de eventos de falla y operación con los correspondientes textos explicativos, que permitan una clara visualización de la operación y el seguimiento de una falla. Esto debe indicar eventos actuales de los equipos, registro histórico de fallas y operación, y reporte de los eventos.
2.3. Descripción del sistema a controlar.
Con la finalidad de ser más explícito en los objetivos y requerimientos, mediante la figura 2.1, se ha querido representar el accionamiento suministrado por Siemens, con todos los componentes del sistema a ser controlados, que fueron dispuestos en un contenedor especial de uso industrial y que a continuación se describe la función de cada uno:
Figura 2.1: Diagrama General del Contenedor y sistema de control para el Motor del Molino SAG (Tomado de archivo SAG3.vsd)
2.3.1. Sistemas externos al accionamiento Siemens
Este componente del sistema, esta formado por los sistemas externos a los del sistema de control del accionamiento Siemens para el motor del molino SAG, a esto pertenece el suministro de energía de la subestación (33 KV) y la comunicación con el DCS.
2.3.2. Suministro de Energía
Este componente del sistema, corresponde al suministro de energía interno del contenedor para el control del accionamiento del molino SAG y esta compuesto por Circuitos de 380Volt AC, 220 Volt y 24 Volt DC.
2.3.3. Transformador principal de alimentación al Motor
Este componente del sistema, corresponde al suministro de energía principal al Motor. Los 33 KV, son transformados a 1200 Volt, luego pasa por el sistema rectificador tiristorizado, para finalmente alimentar el Motor con el voltaje y corriente continua correspondiente.
2.3.4. Rectificador
Este componente del sistema, corresponde a la etapa de potencia del accionamiento, que se encarga de rectificar con un sistema tiristorizado el voltaje alterno suministrado por el transformador principal, para luego en forma controlada, alimentar con voltaje y corriente continua al estator del Motor. Este sistema, cuenta con la correspondiente protección para evitar que se dañen los tiristores.
2.3.5. Excitación
Este componente del sistema, corresponde a la otra etapa de potencia del accionamiento, que se encarga de rectificar el voltaje alterno suministrado por la red de 380 Vac, para luego en forma controlada alimentar con voltaje y corriente el rotor del Motor (Etapa denominada Excitación).
2.3.6. Sistemas Auxiliares
Esta etapa, esta formada por todas las partes y variables asociadas al control del accionamiento que están dentro y fuera del contenedor Siemens, a esta corresponden:
2.3.6.1. Sistema desconectador del motor.
Componente del accionamiento, que permite la desconexión física de los cables que van desde el contenedor al motor, con el objeto de aislarlo eléctricamente.
2.3.6.2. Instrumentación de los sistemas auxiliares.
Componentes de instrumentación, para la medición de temperatura y flujo en los sistemas auxiliares.
2.3.6.3. Ventiladores del Motor.
Componentes usados para la refrigeración del motor usando aire del medio ambiente.
2.3.6.4. Ventiladores de los rectificadores (Sitor)
El control del accionamiento, consta de 4 sitor como muestra la figura 2.1 los cuales son refrigerados por aire forzado por ventiladores individuales para cada uno.
2.3.7. Monitoreos Generales
Esta etapa, esta formada por todas las partes y variables asociadas al control del accionamiento, que están dentro y fuera del contenedor Siemens. Las partes a monitorear y controlar son las siguientes:
• Protección diferencial.
• Interruptores de puerta abierta en sistema rectificador. • Botoneras de parada de emergencia.
• Sistema contra incendio. • Fuentes de alimentación PLC. • Temperatura descansos del Molino. • Protección de falla a tierra.
• Temperatura del Piñón.
2.3.8. Sistema de Control Vectorial
El sistema de control vectorial, esta formado por la unidad de control Simadyn D fabricado por Siemens. En aspectos generales, esta constituido por un conjunto de CPU’s en multiprocesamiento las cuales se encargan de realizar el control de la máquina eléctrica (Motor del Molino SAG) mediante la medición y posterior cálculo vectorial de las diferentes variables necesarias tales como corriente, voltaje y velocidad.
El PLC debe intercambiar con esta unidad, las señales de comando de partida, parada normal, parada rápida, bloqueo del disparo de los tiristores, referencia de velocidad, referencia de ángulo de giro, operación normal, operación en modo lento, operación en modo paso a paso, sentido de giro, señales de estado como máquina funcionando, velocidad, ángulo de giro y señales de alarma o falla que el Simadyn D genere.
2.3.9. Sistema de Aire Acondicionado.
Este sistema, permite el control interno de la temperatura del contenedor, para las condiciones térmicas adecuadas de los diferentes componentes electrónicos y está formado por dos sistemas de aire acondicionado. Su control es independiente del contenedor, porque tiene su propia unidad de control.
2.3.10. Sistema de Lubricación.
Otra parte importante que conforma el molino SAG, es el Sistema de Lubricación que esta compuesto por tres subsistemas que deben ser controlados, estos son:
Sistema de alta presión, sistema de baja presión y sistema de engrase.
2.3.11. Interfase con el Operador.
Esta formado por un sistema HMI y un sistema Scada, que permite la visualización gráfica de las diferentes etapas del accionamiento y el despliegue de las señales de falla y operación, generadas durante el proceso productivo.
2.4. Requerimientos del control (Hardware y Software).
Minera Bajo La Alumbrera, condicionó que el Hardware y software para desarrollar esta aplicación debía ser marca Siemens. Todos los requerimientos de control mencionados en los puntos anteriores, están formados por las siguientes entradas y salidas:
Tabla 2.1 Entradas y salidas del PLC requeridas para el proyecto
Descripción Tipo Cantidad
Entrada Análoga RTD 32
Entrada Análoga 4 – 20 mA 21
Salida Análoga 4 – 20 mA 3
Entrada Digital 24 Volts 263
Salida Digital 24 Volts 44
Nota: En el anexo A explicamos brevemente las herramientas de programación utilizados.
CAPITULO 3. ESTRATEGIA DE CONTROL, HARDWARE
PROPUESTO Y ANALISIS ECONOMICO.
A continuación se hará una descripción de la estrategia de control desarrollada, el hardware propuesto con los protocolos de comunicación y sistema de visualización, finalmente se muestra los resultados del análisis económico con los costos de ingeniería asociados. Lo relacionado con el sistema de control vectorial, no se tocará en el trabajo de titulación.
3.1. Estrategia propuesta.
La estrategia del software de control que se propuso para controlar todos los requerimientos, es bajo un concepto de islas. Todo el sistema a controlar, se subdividió formando islas y a cada isla se le asignó una letra del abecedario para diferenciarlas. Esta asignación de letras es aplicada a planos, equipos, Hardware y software. La Tabla 3.1 se muestra la separación de islas para el Proyecto:
Tabla 3.1 Separación de Islas para el Proyecto
ALUMBRERA PROJECT SAG 3 DC-MILL DRIVE LISTING OF USED PLANT
SIGNS PLANT SIGN
SAG MILL =3.
INTERFASE WITH OTHERS =3.A POWER DISTRIBUTION =3.B CONVERTER
TRANSFORMER =3.C RECTIFIER CUBICLE =3.G
EXCITATION =3.J MOTOR AND MONITORING =3.K
AUXILIARIES =3.L MOTOR SPACE HEATING =3.M
GENERAL MONITORING =3.N LOCAL CONTROL PANEL =3.P LUBRICATION SYSTEM =3.S CLOSE LOOP CONTROL =3.U CONTAINER AIR CONDITION =3.X MP370 INTERFACE =3.W
S5 SOFTWARE =3.W
Mediante la descripción indicada en la tabla 3.1, se definió una secuencia lógica de funcionamiento dentro del programa de control, Lo anterior se indica mediante el Diagrama de Flujo (DF) de la figura 3.1
Figura 3.1: Diagrama de flujo de secuencia lógica del programa de control
Figura 3.1: Diagrama de flujo de secuencia lógica del programa de control
3.2. Hardware propuesto.
El hardware, se propuso de acuerdo a la cantidad de entradas y salidas tanto digitales como analógicas definidas por el cliente y que se indican el la tabla 2.1 del capítulo 2, para el caso de la CPU esta especificada de acuerdo al modelo de PLC ya utilizado por Alumbrera y además por las exigencias a las tareas que debe realizar. El modelo del PLC Simatic S5, es un S5 155U, con CPU 948 y la estructura del hardware, con topología de tipo centralizada, por tratarse de pocas señales. Esto quiere decir, que la unidad central con la unidad de expansión se ubica físicamente dentro del mismo gabinete. El Anexo B contiene las tablas con el detalle de las entradas, salidas digitales y analógicas que forman parte de este proyecto. La tabla 3.2 muestra el detalle del hardware especificado y requerido para este proyecto. De la misma manera, en la figura 3.2 se muestra la estructura del hardware y los enlaces de comunicación que finalmente se propuso para el control del accionamiento. En esta figura, resaltan cada uno de los dispositivos formando parte del conjunto del accionamiento.
Tabla 3.2 Detalle del hardware propuesto
Ítem Descripción Cantidad Unidad de
Medida
1 Central Unit (ZG) 1 Unidad
2 Power Supply for Central Unit 1 Unidad 3 CPU Simatic S5 Model 948 1 Unidad 4 CP Simatic S5 Model 524 2 Unidades 5 CP Simatic S5 Model 5431 FMS/DP 1 Unidad 6 Analog Input Module Simatic S5 11 Unidades 7 Analog Output Module Simatic S5 1 Unidad
8 Eprom Module 64 KB 1 Unidad
9 Interface Module RS232 1 Unidad 10 Interface Module RS485 1 Unidad
11 Eprom Module 64 KB 1 Unidad
12 Range Module PT100 5 Unidades
13 Range Module 4 – 20 mA 6 Unidades
14 Front Plug 28 Unidades
15 Interface Module IM304 1 Unidad
16 Extensión Unit (EG) 1 Unidad
17 Power Suplí for Extension Unit 1 Unidad 18 Interface Module IM314 1 Unidad 19 Digital Input Module 32 X 24 Vdc 12 Unidades 20 Digital Output module 32 X 24 Vdc 4 Unidades
21 MP 370 Unit 1 Unidad
22 CP 5312 Profibus DP 1 Unidad
23 WinCC Software 1 Unidad
24 Compaq Desktop for WinCC Application 1 Unidad 25 PG 740 (Programmer Unit Whit Step 5
Software) 1 Unidad
26 Profibus Cable 20 Metros
27 Net Conector Profibus 90° 1 Unidad 28 Net Conector Profibus 180° 2 Unidades 29 Multiconductor de 3 hebras 3200 Metros 30 Cable de Comunicación 6 hebras 50 Metros 31 Cable 12 hebras 16 AWG 15600 Metros
El PLC Simatic S5 155U, está formado por la unidad Central y la unidad de expansión que son unidos por una interfase (IM), permitiendo la configuración de tipo centralizada. La comunicación hacia el sistema HMI y Scada, se hace con una CP (Comunication Processor) que permite la comunicación con una puerta RS 485 con protocolo Profibus DP y Profibus FDL en el mismo BUS. La comunicación al DCS se hace con otra CP que permite la comunicación con una puerta RS 485 y protocolo MODBUS RTU. Finalmente la comunicación con el control vectorial (Simadyn D), se hace con otra CP que permite la comunicación con una puerta RS 232 y protocolo RK512. El sistema HMI, es usado para la representación grafica del accionamiento y el sistema Scada WinCC, es usado para el registro del los eventos de falla y operación generados por el proceso. En el Anexo D se hace una breve introducción a los diferentes protocolos que se utilizaron en el proyecto.
Rack Central S5-155U
Rack Expansión S5-155U
HMI MP370 Scada WinCC
DCS Control Vectorial RS 232 Profibus DP RS 485 Rack Central S5-155U Rack Expansión S5-155U
HMI MP370 Scada WinCC
DCS Control Vectorial Rack Central S5-155U Rack Expansión S5-155U
HMI MP370 Scada WinCC
DCS Control
Vectorial
RS 232
Profibus DP
RS 485
Figura 3.2: Diagrama propuesto para el control del sistema (Tomado de archivo
3.3. Análisis económico y uso de los recursos.
El proyecto de ampliación con toda la nueva línea de molienda la cual incorporó el molino SAG #3, tuvo un costo total de inversión de US$ 40.000.0000, donde el hardware de control para el accionamiento del molino SAG formado por el contenedor mostrado en la figura 2.1, tuvo un costo de US$ 850.000. Esta inversión significó un aumento de la producción de un 22%.
A continuación se muestra el costo del proyecto en relación a lo tratado en este trabajo de titulación mediante la tabla 3.3, el uso de los recursos y distribución de HH en una carta Gantt, donde se indica la duración completa del proyecto y la participación de los ejecutores de este trabajo de titulación.
3.4. Costo de los servicios de Ingeniería.
El costo asociado al desarrollo del proyecto es de US$ 170.306 (Ciento Setenta mil trescientos seis dólares americanos), cuyos servicios de ingeniería se desglosan según el detalle de la tabla 3.3.
Tabla 3.3: Detalle de costros del proyecto
DESARROLLO DE PROGRAMA IMPLEMENTACION Y PUESTA EN MARCHA
MOLINO SAG3, MINERA ALUMBRERA
PRECIO DEL PRODUCTO EQUIPO 1 US$
INGIENERIA Y PROGRAMACION Tarifa Unitaria US$día Días de Trabajo Precio Total US$ Ing.Jefe de proyecto 700 10 7.000 Ing. Especialista1 500 76 38.000 Ing. Especialista2 500 51 25.000 70.500
Continuación costo del proyecto IMPLEMENTACION Y PUESTA EN MARCHA Tarifa Unitaria US$dia Días de Trabajo Precio Total US$
Ing. Jefe de Proyecto 800 10 8.000
Ing. Especialista1 600 7 4.200
Ing. Especialista2 600 49 29.400
41.600 Nota: Tarifas consideran jornada normal de 10 HH/día
VIAJES Tarifa Unitaria US$día
Días de Viaje
Precio Total
US$
Ing. Jefe de Proyecto 400 2 800
Ing. Especialista1 300 2 600
Ing. Especialista2 300 2 600
2.000
3.5. Carta Gantt.
La siguiente carta Gantt esta separada en dos etapas, la de desarrollo de programa de aplicación y la de implementación con la puesta en marcha. Esto se enmarca en los tiempos definidos por el cliente en relación a la duración total del proyecto global.
SERVICIOS AL
PERSONAL Unidad Cantidad
Precio Unitario US$
Precio Total US$
Arriendo Vehículo Día 0 77 0
Consumo Bencina Est. 0 60 0
Pasajes Aéreos GL. 5 833 4.165 Transporte desde y hacia Aeropuerto GL 10 30 300 Alojamiento Día 10 60 600 Viáticos GL 73 34 2.482 7.547
TOTAL COSTO DIRECTO 121.647
GASTOS GENERALES 12% 14.598
MARGEN DE CONTRIBUCION 25% 34.061
Descripción del a Actividad Duración Recurso
Desarrollo de programa de aplicación 93 días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Etapa conceptual 24 días
Definición de los equipos a controlar 10 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la estructura del sistema y de la filosofía de control 5 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de variables de entrada / Salida y Datos de Entrada / Salida 5 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la estructura del hardware para la aplicación 3 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la configuración de pantallas para el sistema de monitoreo 1 día Erik Alvarez,Joel Sierra
Desarrollo del Programa 69 días
Organización de la estructura de programación 10 días Erik Alvarez,Joel Sierra Programación del PLC según filosofía de control definida 40 días Erik Alvarez Programación del PLC según comunicación definida 10 días Joel Sierra Programación de diferentes pantallas de monitoreo 7 días Joel Sierra
Documentación primaria 2 días Erik Alvarez
DIAS
(Continuación)
Descripción del a Actividad Duración Recurso
Desarrollo de programa de aplicación 93 días 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
Etapa conceptual 24 días
Definición de los equipos a controlar 10 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la estructura del sistema y de la filosofía de control 5 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de variables de entrada / Salida y Datos de Entrada / Salida 5 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la estructura del hardware para la aplicación 3 días Erik Alvarez,Joel Sierra Definición de la configuración de pantallas para el sistema de monitoreo 1 día Erik Alvarez,Joel Sierra Desarrollo del Programa 69 días
Organización de la estructura de programación 10 días Erik Alvarez,Joel Sierra Programación del PLC según filosofía de control definida 40 días Erik Alvarez Programación del PLC según comunicación definida 10 días Joel Sierra Programación de diferentes pantallas de monitoreo 7 días Joel Sierra Documentación primaria 2 días Erik Alvarez
DIAS
Descripción del a Actividad Duración Recurso
Implementación y Puesta en Marcha 56 días 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Pruebas de Equipos en Terreno 27 días
Revisión de equipos recibidos en terreno 2 días Joel Sierra
Configuración del hardware 3 días Joel Sierra
Instalación de software en PLC y habilitación 5 días Joel Sierra Conexión de variables y corrección de planos 10 días Joel Sierra Habilitación de la comunicación con los diferentes subsistemas 5 días Joel Sierra
Modificaciones 2 días Joel Sierra
Puesta en marcha 22 días
Pruebas de los diferentes equipos localmente 5 días Joel Sierra Pruebas de la comunicación con los diferentes subsistemas 3 días Joel Sierra
Partida de todo el sistema en vacío 2 días Joel Sierra
Modificaciones 3 días Joel Sierra
Partida de todo el sistema con carga 3 días Joel Sierra
Ajustes finales 2 días Joel Sierra
Entrenamiento personal de Planta 4 días Joel Sierra
Documentación final 7 días
Impresión modificaciones 1 día Erik Alvarez
Modificación de planos 4 días Erik Alvarez
Respaldo en unidades de almacenamiento 2 días Erik Alvarez
(Continuación)
Descripción del a Actividad Duración Recurso
Implementación y Puesta en Marcha 56 días 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
Pruebas de Equipos en Terreno 27 días
Revisión de equipos recibidos en terreno 2 días Joel Sierra
Configuración del hardware 3 días Joel Sierra
Instalación de software en PLC y habilitación 5 días Joel Sierra Conexión de variables y corrección de planos 10 días Joel Sierra Habilitación de la comunicación con los diferentes subsistemas 5 días Joel Sierra
Modificaciones 2 días Joel Sierra
Puesta en marcha 22 días
Pruebas de los diferentes equipos localmente 5 días Joel Sierra Pruebas de la comunicación con los diferentes subsistemas 3 días Joel Sierra
Partida de todo el sistema en vacío 2 días Joel Sierra
Modificaciones 3 días Joel Sierra
Partida de todo el sistema con carga 3 días Joel Sierra
Ajustes finales 2 días Joel Sierra
Entrenamiento personal de Planta 4 días Joel Sierra
Documentación final 7 días
Impresión modificaciones 1 día Erik Alvarez
Modificación de planos 4 días Erik Alvarez
Respaldo en unidades de almacenamiento 2 días Erik Alvarez
CAPITULO 4. IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE DE
CONTROL.
En este capítulo se da a conocer la estructura utilizada para la implementación del software de control.
4.1. Estructura de la estrategia de control.
Como ya fue descrita la normativa sobre la cual será desarrollado este proyecto y la distribución asignada para cada isla (Capitulo 3), ahora será indicada la estructura dada a cada isla a nivel de software, mediante el sistema usado (Simatic S5 de Siemens).
Su estructuración fue construida usando los diferentes bloques, que están dados por los de organización (OBs) para la estructura gruesa del llamado de todas las islas y parámetros de sistema, con los de programas (PBs) para distintas islas y los de funciones (FBs) con diferentes programas funcionales parametrizables.
4.2. Estructura de una Isla.
La estructura en general de las islas, esta dada por la asignación de una cierta cantidad de bloques de programas (PBs) asociadas a las diferentes islas dadas para este proyecto, la cual se estructura de la siguiente forma:
P B X X S B X X Bloque de Programa
Donde el número de isla, corresponde al número correlativo equivalente a cada letra de cada Isla, y el número de subdivisión de Isla, corresponde a los números del 0 al 9 asignado a las partes que forman cada isla que corresponden a los interlock, Drive Start / Stop y colectores de mensajes. En la siguiente tabla se muestra la distribución de bloques de programas (PBs) según las Islas:
Tabla 4.1 Estructura de Islas en el Software
ISLA DESCRIPTION FROM TO
=3.A INTERFASE WITH OTHERS PB20 PB29 =3.B POWER DISTRIBUTION PB30 PB39 =3.C CONVERTER TRANSFORMER PB40 PB49 =3.G RECTIFIER CUBICLE PB60 PB69 =3.J EXCITATION PB80 PB89
=3.K MOTOR AND MONITORING PB90 PB99
=3.L AUXILIARIES PB110 PB119
=3.M MOTOR SPACE HEATING PB120 PB129
=3.N GENERAL MONITORING PB130 PB139
=3.P LOCAL CONTROL PANEL PB140 PB149
=3.S LUBRICATION SYSTEM PB160 PB169
=3.U CLOSE LOOP CONTROL PB170 PB179
=3.X CONTAINER AIR CONDITION PB180 PB189 =3.W MP370 INTERFACE PB210, PB215, PB216, PB217 PB221, PB226 =3.W S5 SOFTWARE PB240, PB241, PB244 Operation Blocks OB 1 OB 24
CP / DCS Send / Receive - All PB 2 SB 21 SB 29 Restart Presetting PB 10
Acknowledgement PB 7
Lamp Test PB 8
De la misma forma en que a cada isla se le asignó PBs, a cada subdivisión de isla se le asignaron los PBs correspondientes al rango indicado en la Tabla 4.1, esta asignación es mostrada de acuerdo a la siguiente estructura:
PB X0 PB principal de llamado a subdivisión de Isla y enclavamientos (Mill Drive Interlock).
PB X1 PB de enclavamientos operativos de cada Isla
PB X2 PB X3
PB X4 PBs para Start/Stop de Drivers
PB X5 PB X6
PB X7 PB Colector de mensajes de Operación
PB X8 PB para mediciones Analógicas
PB X9 PB Colector de mensajes de falla y alarma
NOTA: X corresponde al número de Isla.
4.3. Estructura del PB Principal.
En este PB, junto con tener asignado el número cero (0), es donde se programa el llamado a los otros PBs (desde el PB X1 al PB X9) y los enclavamientos de manejo del Molino (Mill Drive Interlock) que corresponden a la ejecución de la Parada de emergencia, Bloqueo de la compuerta de los tiristores, Parada rápida, Parada normal y Permisividad para la partida. Este PB, es el principal de cada isla y es llamado cíclicamente desde el OB 1. El diagrama de flujo de la figura 4.1, muestra una parte de la estructura usada para todas las islas. El resto de las islas se adjunta en Anexo C.
Emergency Off OK? Excitation circuit breaker off Main Circuit Braker off
Emergency Off State =3.A
Gate bloking State
Gate Bloking OK?
Fast Stop State
Fast Stop OK?
Normal Stop State
Normal Stop OK?
Start Permit State
Start Permit OK? Read State C.B. - Status Tripped - Status OFF - Status ON NOT YES NOT NOT NOT NOT YES YES YES YES Excitation circuit breaker ON Permit Main Circuit Braker ON Permit Emergency Off OK? Read State 24 Vdc Distribution - S5 PLC I/O - Measures - Loop - Fire detector
Gate bloking State
Gate Bloking OK?
Fast Stop State
Fast Stop OK?
Normal Stop State
Normal Stop OK?
Start Permit State
Start Permit OK? NOT YES NOT NOT NOT NOT YES YES YES YES Read State 24 Vdc Distribution - Thyristor Fans - Transformer Protection - Thyristor Sitor Read State 24 Vdc Distribution - S5 PLC Q54
Emergency Off State =3.B 1 1 2 2 0 0 6 3 7 7 8 YES 4 5 5 YES
Figura 4.1: Diagrama de flujo de la estructura del Mill Drive Interlock (Tomado de
Emergency Off OK? Read State Signal Transformer - Oil Temp. Trafo Tripped - Bucholz Tripped - Oil Level Min Min Trip - Winding Temp. Trip - Oil Temp. Analog Meas. Trip.
Gate bloking State
Gate Bloking OK?
Fast Stop State
Fast Stop OK?
Normal Stop State
Normal Stop OK?
Start Permit State
Start Permit OK? NOT YES NOT NOT NOT NOT YES YES YES YES Emergency Off State =3.C
Read State Signal Transformer - Oil Temp. Analog HWF
Read State Signal Transformer - Oil Temp. Trafo Warnin - Bucholz Warning - Oil Level Min Min War. - Winding Temp. War. - Oil Temp. Analog Meas. Warning 1
2 Emergency Off OK?
Read State Rectifier - C.B. Delayed Status - Overvoltage Sitor 1 - Overvoltage Sitor 2
Gate bloking State
Gate Bloking OK?
Fast Stop State
Fast Stop OK?
Normal Stop State
Normal Stop OK?
Start Permit State
Start Permit OK? NOT YES NOT NOT NOT NOT YES YES YES YES Read State Rectifier cubicle fans - Electrical Fault
Read Signal Status - Air flow Sitor 1, 2 - Temp. Controller 1, 2 Sitor 1 - Temp. Controller 1, 2 Sitor 2 Emergency Off State =3.G
1 2 3 delayed 5s 8 9 9 10 4 5 6 5 YES
Figura 4.2: Diagrama de flujo de la estructura del Mill Drive Interlock
Read Status Signal off command - Emergen. Off Door/L.C.P - Fault Fans 1,2 - Feedback Mill Off (Balance)
Fans Off Command?
YES NOT
Pulse Auxiliaries Stop
Fans Off Command
Fans 1,2 On Command Off Inmediatly?
YES
NOT
Delay 120 seg Read On Command Signal - Start Auxiliaries
- Normal mode On Comm - Inching/Creep On Comm
A
Read Pulse Auxiliaries Start
Start command delayed 60s
C
9
Figura 4.3: Diagrama de flujo de la estructura del Mill Drive Interlock
4.4. Estructura de los PBs de enclavamientos On / Off (Interlock On/Off).
En estos PBs, junto con tener asignado el número uno (1), se han definido para los enclavamientos operativos de cada Isla, donde se ha desarrollado la programación de todas las condiciones necesarias para dar partida a un motor, monitoreo de límites de temperatura, límites de presión, límites de flujo y enclavamiento entre equipos de la misma isla. El diagrama de flujo de la figura 4.2 muestra una de las estructuras usadas para estos PBs.
Figura 4.4: Diagrama de flujo de la estructura del Interlock On/Off (Tomado de
4.5. Estructura de los PBs para el Start / stop de los drive.
A estos PBs, se les asignó los números dos (2) al seis (6) y que corresponden al desarrollo de la programación de la partida, monitoreo de la realimentación de funcionamiento y detención de los diferentes equipos de cada Isla (desde un Motor hasta el accionamiento y control de una Válvula). El que contenga más de un número es solo para permitir un ordenamiento a la cantidad de equipos a manipular. El diagrama de flujo de figura 4.3 muestra la función usada en estos PBs.
Figura 4.6: Diagrama de flujo de la estructura de la función Drive On/Off
4.6. Estructura del PB para las mediciones analógicas.
El número ocho (8) es asignado al PB para las mediciones analógicas y que corresponde a la programación del llamado al bloque de función (FB) utilizado para procesar las diferentes mediciones análogas de cada isla, en este caso medición de temperatura, presión y flujo.
Las mediciones analógicas, son digitalizadas por las tarjetas de entrada análoga, dependiendo del tipo de medición (Resistencia, Voltaje o Corriente) se usan módulos de rango para adaptar las señales a niveles de voltajes digitales y según la escala en que se trabaje con la medición física, se aplican diferentes márgenes digitales (Información y tablas que entrega el fabricante). La digitalización se hace en 16 bits donde desde el bit 3 al 14 son usados para la medición y los bits 0, 1, 2, 15 se usan para:
• Bit 0 Æ D = Bit de Desbordamiento de la medición • Bit 1 Æ F = Bit de falla en el modulo
• Bit 2 Æ A = Bit de Actividad del canal de medición • Bit 15 Æ S = Bit de Signo.
Para el proyecto en cuestión, la medición digitalizada es procesada por un bloque de función (FB) parametrizable creado con una estructura de uso de punteros, arreglos, matriz y operaciones matemáticas para linealizar y estructurar cada medición según corresponda. La siguiente ecuación muestra una de las operaciones matemáticas usadas en la función y que se ha desarrollado para linealizar en caso de una medición con señal de corriente de 4 a 20 mA.
Ecuación 4.1 Cálculo para Linealizar una Señal de corriente
Donde: XA: Es el valor de salida de la función
Xe: Es el valor leído desde el modulo de entrada UGR: Es el limite inferior del valor de salida OGR: Es el Limite superior del valor de salida
El uso de punteros, permite el manejo indexado de block de datos (DB’s) para gestionar cada medición dentro de la función mencionada. Cada DB disponible en la CPU (255 DB’s) tiene una capacidad de 256 Words, en los cuales cada medición se a estructurado en una matriz de forma tal, que sólo se pueden gestionar 11 mediciones por que se necesitan 21 Words por medición. Esto se debe a que la función de medición analógica, convierte el valor de su entrada de 16 bits en un número de punto flotante (32 bits) para permitir una representación del valor medido como un número exponencial (la mantisa usa 24 bits y el exponente 8 bits) y la definición de diferentes limites. Con esto es posible el uso de la función con diferentes unidades de ingeniería y rangos de medición.
4.7. Estructura de los PBs colectores de mensajes.
El número siete (7) es asignado al PB colector de mensajes de operación y que corresponde a la programación del monitoreo y recolección de toda la actividad operativa del sistema relacionada con la partida, parada, el paso de manual a automático, remoto a local de los diferentes equipos, ya sea realizado por el mismo sistema como
XA =
UGR x (2560 – Xe) + OGR x (Xe – 512)2048
XA =
UGR x (2560 – Xe) + OGR x (Xe – 512)operación normal o por acciones del operador. El número nueve (9) es asignado al PB colector de mensajes de Fallas y Alarmas que corresponde a la programación del monitoreo y recolección de todas las alarmas y fallas del sistema generadas ya sea en la partida, operación o parada de los diferentes equipos, ya sea realizado la falla de algún sensor, algún equipo del mismo sistema o la superación de algún limite de protección.
La actividad de monitoreo y recolección, se hace a través de un bloque de funciones (FB) parametrizable. En esta función se activan sus parámetros de salida (A0 a A7), por cambios producidos en sus entradas de monitoreo (E0 a E7), también mediante el uso de punteros, estos cambios se distribuyen en un Block de Datos (Valores desde 1 a 245 por 8 bits) y luego comparado con otro block de datos que almacena el ultimo cambio. Esta función también permite (para el caso de alarmas y fallas) distinguir entre un cambio con reconocimiento y un cambio sin reconocimiento, para lo que se generan tres estados para cada salida.
• Con un cambio no reconocido, Salida esta intermitente rápido. • Con un cambio reconocido, Salida esta intermitente lento.
• Sin cambio o estado a sido normalizado, Salida va a estado apagado.
Los estados puestos en el block de datos de cambios nuevos, son traspasados a otro block de datos que es utilizado para mediante un arreglo ordenar cada bit, y luego ser leídos por el sistema de mensajes programado en el sistema Scada WinCC y activar un mensaje específico.
4.8. Estructura de los despliegues gráficos.
La estructura de los despliegues gráficos, fue conceptuada con la idea de representar gráficamente en el Simatic HMI MP 370 las principales etapas del proceso del molino SAG, en un esquema que fue desarrollado sólo para la visualización de estados y valores analógicos de las diferentes variables involucradas en el molino, con esta estructura el operador no puede cambiar valores de referencia ni dar comandos de partida y parada de equipos, tarea que es realizada por el sistema DCS. Los principales gráficos están formados por:
4.8.1. Diagrama unilineal.
Este es un diagrama que representas todos los estados y valores actuales de la etapa de potencia y energía eléctrica al motor del molino.
4.8.2. Diagrama del sistema de lubricación.
Este es un diagrama que representa todo el circuito de lubricación del molino y del motor con sus correspondientes estados y valores analógicos.
4.8.3. Diagrama de Interlock.
Este diagrama fue creado con la finalidad de ayudar a la operación del molino permitiendo a los operadores detectar que isla no está con todas sus condiciones adecuadas para una partida del sistema SAG.
4.9. La estructura de los despliegues de eventos.
La estructura de los despliegues de eventos está dada por un esquema de registro, visualización y reportes de los eventos de operación y fallas generadas en el Molino SAG. Este esquema fue desarrollado con el sistema Scada WinCC de Siemens, el cual esta dispuesto con tres principales modalidades de visualización:
4.9.1. Eventos actuales.
Son aquellos eventos de operación o falla que están presentes.
4.9.2. Registro Circular.
Son aquellos eventos en los cuales queda el registro con fecha, hora de cuando ocurrió y cuando desapareció, en un esquema de FIFO de hasta 1000 registros.
4.9.3. Registro Histórico.
Modalidad similar a la anterior pero el esquema FIFO es hasta 6 meses de registros.
4.10. Despliegue Gráfico con Simatic HMI MP 370.
Las figuras 4.7, 4.8 y 4,9 muestran los diagramas desarrollados en MP 370 resaltando la versatilidad del sistema y de la herramienta de
programación (Simatic Protools) con la que se desarrollo esta aplicación.
Figura 4.7: Diagrama del control de fuerza en MP370 (Tomado de archivo
SAG3.vsd)
La tabla 4.2 muestra la descripción general de los principales símbolos utilizados en la grafica de la figura 4.4.
Tabla 4.2 Descripción de símbolos del diagrama de control de fuerza
SIMBOLO TIPO SIMBOLO NOMBRE SIMBOLO VARIABLE FORMATO CICLO
ADQUISICIÓN DIRECCIÓN LIMITE SUPERIOR
LIMITE INFERIOR LUZ PILOTO VOLTAGE CONTROL VOLT
CONTROL KM 0.2 sec. DB 230 DW5 1 0 LUZ PILOTO ALIMENTACION 33 KV A_33KV KM 0.2 sec. DB 230 DW1 1 0
LUZ PILOTO TRANSFORMADOR
RECTIFICADOR TRAFO RECTIF KM 0.2 sec. DB 230 DW6 1 0 LUZ PILOTO RECTIFICADOR
ARMADURA
RECTIF
ARMAD KM 0.2 sec. DB 230 DW7 1 0 LUZ PILOTO ESTADO MOTOR MOTOR
STATUS KM 0.2 sec. DB 20 DW41 1 0 LUZ PILOTO EXCITACIÓN EXCIT STATUS KM 0.2 sec. DB 230 DW8 1 0
LUZ PILOTO ENFRIAMIENTO MOTOR MOTOR
COOLR KM 0.2 sec. DB 230 DW9 1 0 CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA TRANSFORMADOR CT01-B1 KF 1 sec DB 240 DW3 140 °C 0 °C CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA TRANSFORMADOR CT01-B2 KF 1sec DB 240 DW4 140 °C 0 °C CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA TRANSFORMADOR CT01-B3 KF 1 sec DB 240 DW5 140 °C 0 °C CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA TRANSFORMADOR CT01-B4 KF 1 sec DB 240 DW6 140 °C 0 °C CAMPO DE
SALIDA VOLTAGE ARMADURA MOTOR VOLT KF 0.2 sec. DB 240 DW114 1000 [V] 0 [V] CAMPO DE
SALIDA
CORRIENTE ARMADURA
MOTOR
CURRENT KF 0.2 sec. DB 240 DW113 6535 [A] 0 [A] CAMPO DE
SALIDA POTENCIA MOTOR MOTOR PW KF 0.2 sec. DB 240 DW115 4200 [KW] 0 [KW] CAMPO DE
SALIDA TORQUE MOTOR TORQ KF 0.2 sec. DB 240 DW117 165 [KN] 0 [KN] CAMPO DE
SALIDA VELOCIDAD MOTOR SPEEDMOTOR KF 0.2 sec. DW 240 DW110 200 [RPM] 0 [RPM] CAMPO DE
SALIDA VELOCIDAD MOLINO SPEEDSAG KF 0.2 sec. DB 240 DW110 11.73 [RPM] 0 [RPM] CAMPO DE
SALIDA
CORRIENTE
Figura 4.8: Diagrama del sistema de Lubricación en MP 370
(Tomado de archivo SAG3.vsd)
Figura 4.9: Diagrama de los Interlock en MP 370
La tabla 4.3 muestra la descripción general de los principales símbolos utilizados en la gráfica de la figura 4.8.
Tabla 4.3 Descripción de símbolos del diagrama del sistema de lubricación
SIMBOLO TIPO SIMBOLO NOMBRE SIMBOLO VARIABLE FORMATO CICLO
ADQUISICIÓN DIRECCIÓN
LIMITE SUPERIOR
LIMITE INFERIOR
LUZ PILOTO VENTILADOR MOTOR L11; L12 KM 0.2 sec. DB 233 DW4 1 0
LUZ PILOTO CALEFACTOR MOTOR M11; M12 KM 0.2 sec. DB 233 DW7;
DW8 1 0 LUZ PILOTO CALEFACTOR RESERVORIO LADO LIMPIO S14 KM 0.2 sec. DB 233 DW17 1 0
LUZ PILOTO CALEFACTOR LADO
SUCIO TK ACEITE S24 KM 0.2 sec. DB 233 DW11 1 0
LUZ PILOTO BOMBA RIEL DE
EMPUJE S31; S32 KM 0.2 sec.
DB 233 DW18;
DW19 1 0
LUZ PILOTO BOMBA ALTA PRESIÓN S21; S22; S23 KM 0.2 sec. DB 233 DW9;
DW10 1 0
LUZ PILOTO BOMBA BAJA PRESIÓN S11; S12 KM 0.2 sec. DB 233 DW8;
DW9 1 0
LUZ PILOTO BOMBA DESCANSO MOTOR S33; S34 KM 0.2 sec. DB 233 DW19; DW20 1 0
CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA RESERVORIO LADO LIMPIO ST01 KF 1 sec DB 240 DW74 140 °C 0 °C CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA LADO
SUCIO TK ACEITE ST02 KF 1sec DB 240 DW75 140 °C 0 °C
CAMPO DE SALIDA
FLUJO ACEITE RIEL EMPUJE SF04-01; 02; 03; 04 KF 1 sec DB 240 DW51; DW52; DW53; DW54 28.3 [LPM] 3 [LPM] CAMPO DE SALIDA FLUJO ACEITE DESCANSO MOLINO LADO ALIMENTACIÓN SF01-01; 02; 03 KF 1 sec DB 240 DW43; DW44; DW445 60.5 [LPM] 6.8 [LPM] CAMPO DE SALIDA FLUJO ACEITE DESCANSO MOLINO LADO DESCARGA SF02-01; 02; 03 KF 1 sec DB 240 DW46; DW47; DW48 60.5 [LPM] 6.8 [LPM] CAMPO DE SALIDA FLUJO ACEITE
DESCANSO PIGNON SF03-01; 02 KF 1 sec
DB 240 DW49; DW50 1.8 [LPM] 7.9 [LPM] CAMPO DE SALIDA PRESIÓN DESCANSO MOLINO LADO ALIMENTACIÓN SP01-01; 02 KF 1 sec DB 240 DW55; DW56 3000 [PSI] 0 [PSI] CAMPO DE SALIDA PRESIÓN DESCANSO MOLINO LADO DESCARGA
SP02-01; 02 KF 0.2 sec. DB 240 DW57; DW58 1500 [PSI] 0 [PSI]
CAMPO DE
SALIDA TEMPARATURA AGUA ST05; ST06 KF 0.2 sec. DB 240 DW113 100 [°C] 0 [°C] CAMPO DE
SALIDA
TEMPERATURA AIRE
MOTOR AIR TEMP MOT KF 1 sec DB 240 DW129 140 [°C] 0 [°C] CAMPO DE
SALIDA
TEMPERATURA
BOBINADO MOTOR MOTOR TORQ KF 0.2 sec. DB 240 DW128 140 [°C] 0 [°C] CAMPO DE SALIDA TEMPERATURA INTERCAMBIADOR DE CALOR ST03; ST04 KF 0.2 sec. DW 240 DW76; DW77 140 [°C] 0 [°C]
La tabla 4.4 muestra la descripción general de los principales símbolos utilizados en la grafica de la figura 4.6.
Tabla 4.4 Descripción de símbolos del diagrama de los enclavamientos
NORMAL DESACTIVADO
LUZ PILOTO PARADA DE MERGENCIA ISLA: A, B, C, G, J, K, L, M, N, P, S, U, X KM DB 80 DW: 2, 4, 6, 8, 9, 11,12, 13, 14, 16, 17,18 1 0
LUZ PILOTO BLOQUEO DE
COMPUERTA A_33KV KM DB 230 DW1 1 0
LUZ PILOTO PARADA RAPIDA TRAFO RECTIF KM DB 230 DW6 1 0
LUZ PILOTO PARADA NORMAL RECTIF
ARMAD KM DB 230 DW7 1 0
LUZ PILOTO PERMISIVIDAD DE PARTIDA
MOTOR
STATUS KM DB 20 DW41 1 0
ESTADOS SIMBOLO TIPO
CAPITULO 5.
IMPLEMENTACIÓN Y PUESTA EN
MARCHA.
La implementación y puesta en marcha de este proyecto fue muy importante, por lo que se ha considerado relevante hacer mención a la experiencia obtenida en terreno, con cada una de las etapas.
5.1. Configuración del hardware.
Debido a que el control del accionamiento fue suministrado por Siemens Alemania, el hardware especificado venía armado y pre alambrado dentro del contenedor, por lo que hubo que configurar cada una de las tarjetas de acuerdo a lo desarrollado en la etapa de programación de la lógica de control y de las comunicaciones. En los sistemas Siemens S5, cada tarjeta de comunicación, de entrada / Salida análoga o digital, debe ser direccionada de acuerdo a la programación del software de aplicación y de acuerdo a la estructura del hardware (en este caso configuración centralizada), ya que el sistema a nivel de hardware y software deben ser consistentes, de lo contrario la CPU no funciona adecuadamente (se queda en Stop). La figura 5.1 muestra la secuencia de la configuración del hardware.
Figura 5.1: Diagrama de flujo de la configuración del hardware
(Tomado de archivo DFIslas.vsd)
5.2. Pruebas de las entradas y salidas.
Esta etapa consistió en la revisión punto a punto entre las tarjetas del PLC, los dispositivos eléctricos y la instrumentación de terreno, de acuerdo a los planos. Esta actividad es de gran importancia, por que permite dejar muy bien identificado cada uno de los dispositivos del equipo a controlar, modificar o agregar señales que no fueron consideradas en la etapa de programación y corregir los planos originales según lo implementado en terreno. Estas pruebas fueron desarrolladas en conjunto con el personal técnico de planta con la finalidad que la experiencia y el conocimiento detallado del sistema lo asuman desde el principio del proyecto.
La figura 5.2, muestra la secuencia seguida en esta etapa.
Figura 5.1: Diagrama de flujo de las pruebas de entradas y salidas (Tomado de
archivo DFIslas.vsd)
5.3. Pruebas de las comunicaciones.
Esta etapa consiste primeramente en la instalación del software de control para la aplicación en la CPU, la habilitación de los sistemas HMI, Scada, DCS y Simadyn D para luego habilitar la comunicación entre ellos. Por tratarse de diferentes protocolos, se fue habilitando uno a uno para de esta forma sincronizarlos correctamente con la CPU. Los sistemas Simatic S5, si bien son muy versátiles para la comunicación con diferentes periféricos pero requieren una detallada configuración y parametrización para mantener su robustez. Una vez habilitadas las comunicaciones se procede a validar cada uno de los datos a ser trasferidos entre los diferentes dispositivos.
La figura 5.3 muestra la secuencia utilizada para estas pruebas y habilitación de las comunicaciones.
Figura 5.2: Diagrama de flujo de las pruebas de entradas y salidas (Tomado de
5.4. Pruebas del control.
Una vez desarrollado los puntos anteriores, se prueba cada una de las islas con sus correspondientes equipos. Cada uno es probado en forma directa para validar su correcta operación, como también el correcto direccionamiento del PLC. Posteriormente, se prueban los enclavamientos asociados a los equipos por cada isla y se corrigen errores mientras se prueba el funcionamiento completo de la isla. Una vez completada esta fase se comienza con las pruebas de todo el sistema del accionamiento en forma manual / local y en vacío (sin mineral), para validar la integridad de la operación. Se corrigen los errores y se procede a la prueba del sistema en forma remota y con carga.
La figura 5.4, muestra la secuencia seguida en esta etapa de la puesta en marcha.
Figura 5.3: Diagrama de flujo de las pruebas del control
5.5. Consideraciones de una puesta en marcha.
Para el buen desarrollo y término de una puesta en marcha de estos sistemas de control es de suma importancia la buena estructuración del hardware y software, no perdiendo de vista lo que será el desarrollo en terreno, puesto que una buena identificación y estructura permiten probar, detectar y corregir rápidamente lo que se va a controlar, optimizando los tiempos de puesta en marcha y facilitando el entendimiento e intervención por cualquier otro especialista en el tema.
CAPITULO 6.
CONCLUSIONES
Como se abordó el desarrollo de esta aplicación, con el uso de las estrategias y estructuras elaboradas, se dio cumplimiento al los objetivos y requerimientos planteados, permitiendo poner en servicio el Molino SAG #3 en Minera Alumbrera. También, se logro mantener los estándares planteados por Siemens y entregar al cliente final un desarrollo robusto, estructurado y de fácil entendimiento, el cual, puede ser fácilmente utilizado en otros proyectos y aplicaciones. Cabe destacar además, que los diagramas de flujos utilizados para el desarrollo de esta aplicación fueron diseñados e implementados por los ejecutores de este trabajo de titulación.
Se resalta que dentro del desarrollo de esta aplicación, uno de los desafíos importantes que se presentó fue comunicar los diversos componentes que se conjugan con la utilización de variados protocolos e interfaces, las que son muy interesantes de conocer a fondo y que abren una gran ventana de nuevas alternativas de comunicación para unir diferentes procesos y marcas. Esta, es un área de la computación que ha ido evolucionando muy rápidamente, presentando mayor robustez y flexibilidad para el uso en sistemas de control con PLC. Otro desafío, fue obtener la construcción de despliegues gráficos claros, precisos y amistosos para los usuarios finales, para lo cual fue de gran relevancia el conocimiento adquirido durante el periodo académico, los cuales nos permitieron usar fácilmente las herramientas de programación y configuración.
En términos económicos, a primera vista pareciera de alto costo el proyecto, pero considerando que la influencia a la producción total es de un 20 % y los precios alcanzados por la libra de cobre, hace que la recuperación de la inversión sea a muy corto plazo.
El desarrollo de este proyecto, ha permitido estudiar y conocer profundamente herramientas de programación poco tradicional y de un fabricante de gran prestigio como es Siemens. De la misma forma, el desarrollo de la aplicación para el control del molino SAG #3 en Minera Alumbrera ha permitido alcanzar una especialización poco común en nuestro país y Sudamérica, abriendo un campo ocupacional muy particular y de gran rentabilidad.
Con este trabajo de titulación, se ha querido mostrar los nuevos campos que se abren para el área computacional e informática, motivar a la búsqueda de nuevas aplicaciones y soluciones para el control de procesos. Hoy, se hace más indispensable la administración de la información y los accesos remotos a las diferentes áreas de control de proceso, por lo que motivamos a la búsqueda y planteamiento de nuevas aplicaciones y soluciones para este campo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS
Libros.
Simatic S5 S5-155U CPU 948. Programming Guide. Release 04.Nuernberg: Siemens Alemania,1998. Texto en Ingles C79000-G8576-C848.
Sinec CP5430 TF/CP 5431 FSM with COM TF/COM 5431 FMS. Programming Guide.V. 1&2. Nuernberg: Siemens Alemania,1995. Texto en Ingles
Simatic S5 S5-135/155U. Manual del Sistema. Edición 7. Nuernberg: Siemens Alemania,1999. Texto en Español
Simatic HMI Comunicación de Sistemas Basados en Windows. Manual de Usuario. Edición 09. Nuernberg: Siemens Alemania, 2000. Texto en Español.
Simatic HMI Multipanel MP370. Manual de Equipo. Edición 01. Nuernberg: Siemens Alemania, 2001. Texto en Español.
Simatic HMI Software de configuración Protools. Manual de Usuario. Edición 09. Nuernberg: Siemens Alemania, 1996. Texto en Español.
WinCC V4.02 Manual de Programación. Siemens Productos y Sistemas. Nuernberg: Siemens Alemania, 1999. Texto en Español.
Simatic S5, COM 525. Programming Package for the Communication Processor CP 524 and CP 525 (S5-DOS). Volume 1 & 2. Nuernberg: Siemens Alemania, 1989. Texto en Ingles.
Sitios Web.
[ Internet-1, 2001] SIEMENS. Automation and Drives Service & Support [driver]:Loadable drivers for CP441-2 CP341.[Berlin,Alemania]:2001.[Consulta: Agosto 2005].< http://support.automation.siemens.com/- snm-0135109872-1114240600-0000019556- 0000002474-1115307581-enm-WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&extranet=stand ard&lang=en&siteid=cseus&aktprim=0&startNod e=4000024&nodeID0=10805420&basisview=40 00003&viewLevel=6&wttree=cs&foldersopen0=-584-549-513-174-173-590-&jumpto=590>
[ Internet-2, 2001] SIEMENS, Automation and Drives Service & Support [Documentación]: Software for Simatic S5. [Berlin, Alemania]2001.[Consulta:Septiembre 2005<http://support.automation.siemens.com/W W/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&extranet=standar d&foldersopen0=-584-549-513-174-173-590- 507-184-183-508-509-&lang=en&siteid=cseus&aktprim=0&startNode= 4000024&nodeID0=10805346&basisview=4000 003&viewLevel=6&wttree=cs&jumpto=508
>
ANEXOS.
Anexo A: Herramientas de programación.
A. Aspectos Generales de las herramientas de programación.
Siemens ha alcanzado un lugar muy importante en el mundo de los sistemas de control automático industriales, llegando hoy a ser el mayor proveedor de sistemas para el control automático en el mundo. Entre los sistemas de control se encuentran los sistemas PLC, donde Siemens ha desarrollado un sistema completo en control con PLC bajo la plataforma de los sistemas denominados Simatic STEP5. Esta herramienta es un lenguaje de programación para toda la línea de controladores programables Simatic S5... Usando STEP 5 se pueden programar simples funciones binarias, complejas funciones digitales y operaciones aritméticas incluidas operaciones con valor en punto flotante.
Las operaciones dentro de STEP 5 están divididas en los siguientes grupos:
A.1.1. Operaciones Básicas
Estas operaciones se pueden dar dentro de todos los bloques de programa y tienen diferentes métodos de representación: Diagrama Escalera (LAD), Diagrama de flujo del sistema de control (CSF), Lista de asignación (STL).
A.1.2. Operaciones adicionales y de sistema.
Solo pueden ser usadas en bloques de funciones y su método de representación es solo lista de asignación (STL).
A.1.3. Métodos de representación LAD, CSF, STL.
Al programar con STEP 5 se puede elegir cualquiera de los tres métodos de representación para cada bloque lógico, dependerá de cual le acomode mas al usuario y cuan complejo sea su aplicación. La figura A.1 muestra los tres métodos de representación.
Figura A.1: Métodos de representación de STEP 5
Cada método de representación tiene su característica especial permitiendo ser representados indistintamente, aunque con sus restricciones. Un bloque de programa que ha sido programado en STL, no siempre se pude representar en LAD o CSF. Sin embargo, programas hechos en LAD o CSF siempre pueden ser convertidos a STL. La figura A.2 muestra un diagrama representando este concepto.
Figura A.2: Formas de representación de los bloques de programa
A.1.4. Áreas de Operando usados con STEP 5.
El lenguaje de programación STEP 5 tiene las siguientes áreas de operando:
I (inputs) Interfaces desde el proceso al controlador programable.
Q (outputs) Interfaces desde el controlador programable al proceso.
F (flags) Memoria para intermediar el resultado de las operaciones binarias.
D (data) Memoria para intermediar el resultado de las operaciones digitales.
T (timers) Memoria para implementar timers.
C (counters) Memoria para implementar contadores.
P (peripherals) Interfaces desde el proceso al controlador programable.
K (constants) Definición de valores numéricos.
OB, PB, SB
A.1.5. Tipos de bloques en STEP 5.
Es una parte del programa del usuario caracterizado para realizar funciones y que permite darle estructura a una aplicación. Se puede diferenciar entre bloques que contienen códigos y bloques que contiene data. El lenguaje de programación STEP 5 tiene las siguientes tipos de bloques:
A.1.5.1. Organization Block (OB)
Bloque de organización: Para ser manejados en programa de control.
A.1.5.2. Program Block (PB)
Bloques de Programa: Para ordenar el programa de control de acuerdo al criterio técnico y funcional.
A.1.5.3. Sequence Block (SB)
Bloques de Secuencia: Para programar secuencias de control y pueden ser usados como bloques de programas (PB).
A.1.5.4. Function Block (FB)
Bloques de Función: Para programación de partes del programa que es frecuentemente recurrido o especialmente complejo (ejem. Reportes, funciones aritméticas, lazos cerrados de control, sistemas de control de secuencias, etc.). Un bloque de función puede ser llamado varias veces en un bloque asignándole nuevos operándos (parametrizables).
A.1.5.5. Data Block (DB)
Bloques de Datos: Contienen la data (fija o variable) con que el programador trabaja. En ellos se pueden almacenar valores actuales, límites y textos necesarios para el control de proceso.
