diseÑo e implementaciÓn de sistema de control de …

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DESISTEMA DE CONTROL DE NIVELPARA TANQUES ACOPLADOS DE

ALMACENAMIENTO DE HIPOCLORITO

Jennifer Carolina Deantonio Lamprea

Universidad LibreIngeniería Mecánica

30 de Mayo del 2019

[email protected]

Resumen

Objetivos

Descripción delsistema

Modelado delsistema

Caracterizacióndel sistema

Desarrollo delalgoritmo decontrolEstructura general delprograma

Interfaz Gráficade Usuario

Conclusiones

Trabajos Futuros

ResumenAnálisis del problema

En la planta de fabricación de productos de aseo, lostanques almacenan hipoclorito para la posteriordistribución; el hipoclorito almacenado puedesobrepasar el nivel del tanque y producir pérdidaseconómicas para la planta y riesgo para la salud delpersonal debido a que es necesaria la supervisiónconstante de un operario que realice la apertura o cierrede válvulas de los diferentes tanques.En este trabajo, se implementó el sistema de adquisiciónde datos, conexión de actuadores y sensores, ademásdel diseño del algoritmo de control secuencialimplementado en un controlador lógico programable(PLC), para realizar la supervisión y control del nivel delos tanques de almacenamiento de hipoclorito.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

ObjetivosObjetivo General

OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un sistema de control de nivel entanques acoplados de almacenamiento de hipoclorito.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

ObjetivosObjetivos Específicos

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Obtener el modelo matemático del sistema de formaanalítica o usar técnicas de identificación de sistemastomando datos a través de un sensor de presióndiferencial.Simular la dinámica del sistema de llenado y vaciado.Diseñar la ley de control utilizando un control ON-OFFcon histéresis.Implementar el sistema de control de nivel con el sensorde presión diferencial y visualización del nivel en unapantalla HMI (Human Machines Interface).

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Descripción de la planta

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Instrumento de mediciónSensor de Presión

Se instaló el sensor de nivel VEGA 82. La presión delnivel del fluido sobre el sensor provoca una deflexión dela membrana cerámica, y genera como resultado de lapresión externa una variación de la capacidad y de lapresión del fluido localizado dentro de la celda demedición.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Instalación del instrumento de medición

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Controlador

El PLC OMROM CP1L − EM30DTD posee 18 entradasdigitales y 12 salidas digitales, también cuenta con dossalidas análogas de voltaje. En el PLC se añade unmódulo de extensión analógica CP1W − AD041, quepermite la lectura de la señal emitida de corrientebrindada por el sensor de presión.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Controlador

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Interfaz Human-MachinePANTALLA HMI (Human Machine Interface)

Se instala un HMI human machine interface, donde eloperario puede visualizar el nivel de los tanques yrealizar la apertura y cierre de las válvulasproporcionales. El HMI instalado es unNB7W − TW01B de marca OMRON de conexiónEthernet de pantalla de 7′′ y alimentación 24v .

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Tablero de control

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Válvula de control

Se instala una válvula ON-OFF de bola ref. GF 233 deaccionamiento neumático, acompañado de unaelectroválvula que permite la comunicación entre el plc yla válvula.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Válvula de control

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Descripción de la plantaDiagrama de bloques del sistema

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Modelado del sistema

Acumulacion = Entra − Sale

El volumen almacenado mantiene su área constante porlo que la altura es la variable que cambiaría en el tiempo.

Acumulacion = A ∗ dhdt

= qentrada − qsalida

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Caracterización del sistemaUmbrales de histéresis

Los umbrales de disparo para controlar el nivel en lostanques fueron definidos entre 1.5 mts y 3.5 mts.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Caracterización del sistemaCaso: Alimentación y salidas abiertas

El área de sección transversal de los tanques y los flujosde entrada son iguales; además, los flujos de salidaQs1, Qs2 se asumen constantes debido a que estos soncontrolados por motobombas.

Ecuación de altura en los tanques

h1 =

(Qe1

ATk− Qs1

ATk

)t + ci1 =

(0,0255 − Qs1

7,5068

)t + ci1

h2 =

(Qe2

ATk− Qs2

ATk

)t + ci2 =

(0,0255 − Qs2

7,5068

)t + ci2

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros


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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros


Calculo del error en el llenado en tanque 1 y el tanque 2.

errortk1 =1N

N∑i=1

∣∣∣∣h1 − hreal

h1

∣∣∣∣ ∗ 100 = 0.46%

errortk2 =1N

N∑i=1

∣∣∣∣h2 − hreal

h2

∣∣∣∣ ∗ 100 = 0.865%

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoDiagrama de transición de estados

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoEstructura general del programa

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoConfiguración de las entradas del módulo analógico

CONFIGURACIÓN: Configura la lectura de señales através del módulo analógico.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoComparación de la señal de altura de los tanques

COMPARADOR: Compara las señales recibidas de lossensores respecto a las señales de referencia.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoControl Automático

CONTROL: Establece las condiciones para la apertura ocierre de válvulas.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Desarrollo del algoritmoSalidas a Válvulas

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Interfaz Gráfica de Usuario

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Interfaz Gráfica de UsuarioPantalla de configuración de cada tanque

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Conclusiones

El desperdicio promedio de hipoclorito en el año 2018para el proceso de producción fue de un 12%,comparado con un desperdicio promedio del presenteaño de 4% como se muestra en el anexo 1. A partir deestos datos, se puede evidenciar que se logró disminuirlos desperdicios de hipoclorito generados por erroreshumanos en un 8%.Gracias al sistema de supervisión implementadomediante la pantalla HMI, no es necesario eldesplazamiento del operario al área de trabajo pararevisar el nivel de los tanques; sino que ahora es posiblesupervisar y controlar en un cuarto de control el estadodel sistema de forma centralizada.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Conclusiones

El sistema de control implementado mantiene el nivel dehipoclorito en los umbrales establecidos, lo que permitiómejorar la disponibilidad de hipoclorito para losprocesos subsiguientes en un 5% , pues antes serealizaban paradas no programadas hasta restablecerlos niveles mínimos de trabajo en los tanques.El modelo matemático tuvo un porcentaje de error de0.43% para el tanque 1 y 0.86% para el tanque 2respecto a los datos reales, lo que permitió diseñar elalgoritmo de control y verificar el desempeño delsistema mediante simulación evitando el uso derecursos innecesarios en la planta real.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Trabajos Futuros

En este momento para el control del caudal de entradaa los tanques se tienen instaladas valvulas ON-OFF; siestas se cambian por válvulas proporcionales es posibleimplementar sistemas de control como [Control PID] queprodrían mejorar el desempeño del sistema.Para el control del caudal de salida se proponeimplementar una válvula proporcional que permitaregular o cerrar la salida en el momento donde el caudalde entrada es menor que el de salida, otra posiblesolución puede ser la instalación de un caudal dealimentación adicional.

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Resumen

Objetivos


Modelado delsistema




Conclusiones

Trabajos Futuros

Trabajos Futuros

La fabricación del tablero de control se realizó teniendoen cuenta el futuro control en tanques adicionales, sesugiere realizar la instalación de la instrumentación enlos tanques de mezclado, logrando a futuro obtener unsistema scada que permita la supervisión y control delárea de tanques de la planta real.

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Muchas gracias.

Jennifer Carolina Deantonio Lamprea

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