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UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
PLANTA DE PRESION Y FLUJO DE AIRE
RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA Versin 1.2
Revisado y corregido Mg. Juan Fernando Florez m.
LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
2 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
CONTENIDO
1. INTRODUCCION 3
2. OBJETIVOS 4
3. PREREQUISITOS 4
4. MATERIAL NECESARIO 4
5. FUNDAMENTACION TEORICA 5
Descripcin de la planta de presin y flujo de aire y su instrumentacin 5
6. PROCEDIMIENTO 9
6.1 Reconocimiento de elementos en Planta y en Panel de Control 9
6.2 Identificacin y descripcin de los elementos del panel de planta 9
6.3 Parmetros de los transmisores de la planta de presin 14
6.4 Recordando el estndar de etiquetado ISA S5.1 e ISA S5.3 14
6.5 Asignacin de etiquetas con ISA S5.1 16
6.6 Lectura de un diagrama de flujo de proceso (PFD) 16
6.7 Lectura y diseo de un diagrama P&ID 18
6.8 Ingeniera conceptual de la planta de presin y flujo de aire 20
6.9 Planos tcnicos de la ingeniera bsica y detallada 20
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
3 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
1. INTRODUCCION
La planta de presin y flujo de aire (PRESION) es un sistema compuesto por un compresor, un circuito de
alimentacin de aire a presin, filtros, reguladores de presin, un circuito neumtico, un transmisor ciego de
presin, indicadores de presin, rotmetros, electrovlvulas, una servo vlvula, un transmisor indicador de
presin, un controlador de presin, un tanque de almacenamiento de aire a presin y muchos otros elementos.
La planta de PRESION est diseada para implementar un proceso de aire a presin sometido a disturbios tanto
en la entrada como en la salida de aire.
El propsito de la planta es poder disear e implementar un control regulatorio de presin. La planta se
encuentra instrumentada bajo dos escenarios: Automatizacin Stand Alone (instrumentos comunicados por
medio de 4 20 ma) o Automatizacin basada en PLC por medio de un PLC micrologix 1500 de Allen Bradley. En
ambos situaciones se dispone de un computador donde se puede realizar el monitoreo y supervisin del
controlador de presin OMRON desde una interface en Labwindows(Escenario Stand Alone) o desde la
plataforma Factory Talk de Rockwell (Escenario PLC).
La automatizacin de la planta presenta funcionalidad doble; por un lado permite la comunicacin directa de los
transmisores y actuadores a un PLC Micrologix 1500 serie C de Allen-Bradley. La comunicacin va Ethernet es
tambin posible, por otro lado permite la interconexin de los instrumentos de transmisin, control y actuacin
por medio de comunicacin de 4 a 20 ma y 0- 10 v respectivamente. La seleccin del escenario se realiza por
medio de una llave selectora.
Esta prctica de reconocimiento de la planta pretende familiarizar a los estudiantes con el funcionamiento de la
planta, los equipos e instrumentos que la componen y los diagramas de flujo de proceso, de tubera e
instrumentacin, de lazo, de mando y de potencia segn estndares de la ISA.
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
4 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
2. OBJETIVOS
Objetivo general:
Familiarizar al estudiante con los diversos instrumentos y elementos que componen la planta de presin y flujo de aire del Laboratorio de Control de Proceso, al igual, que la documentacin tcnica recomendada por la ISA.
Objetivos especficos:
1. Reconocer la planta de presin y flujo de aire junto con sus diferentes equipos e instrumentos de medicin y control.
2. Conocer y relacionar las conexiones de entrada y de salida de los dispositivos presentes en el panel de cableado y en campo.
3. Aprender a levantar y leer DFP, P&ID, diagramas de lazo, diagramas de mando y de potencia presentes en la automatizacin de la planta de presin y flujo de aire.
3. PREREQUISITOS
Normas ISA S5.1, S5.4, entre otras.
Conocer los diagramas de flujo de proceso y P&ID.
4. MATERIAL NECESARIO
Se requiere la planta de Presin y Flujo de Aire del LCP.
Herramienta software Autocad Electrical
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
5 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
5. FUNDAMENTACION TEORICA
Descripcin de la planta de presin y flujo de aire y su instrumentacin
La planta de presin y flujo de aire, en forma corta llamada planta de presin, es una planta acadmica
concebida como un tanque de almacenamiento de aire a presin. Este tanque tiene una tubera de
entrada y una tubera de salida. El flujo de aire siempre est en continuo movimiento. Tanto en la
tubera de entrada como en la de salida, se podran encontrar vlvulas manuales y una vlvula de
control. Con las vlvulas manuales se puede inhabilitar la entrada o salida de aire del tanque y con la
vlvula de control se puede manipular el caudal de aire que ingresa o sale al tanque, segn la tubera
donde se instale. Las perturbaciones externas son dos: el caudal de entrada y el caudal de salida. Estas
suceden cuando se presentan cambios no esperados en el caudal de aire suministrado al tanque y en el
flujo demandado al tanque en el caudal de salida, respectivamente.
Entrando en detalles con la planta de presin y flujo de aire del laboratorio de control de procesos, se
observa que la misma se encuentra organizada en dos paneles. El primero representa la planta ubicada
en campo, mientras que el segundo es el panel donde se encuentran cableados los dos escenarios de
automatizacin: Stand Alone y basado en PLC.
Figura 1.a. Imagen 3D de la planta de nivel y flujo de aire
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6 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
En el panel de campo se ubica la planta, ver figura 1a, este presenta los diferentes elementos que
conforman la planta e instrumentos del proceso a controlar que supuestamente estaran ubicados en
campo como: el tanque de almacenamiento, vlvulas manuales, electrovlvulas, el sensor de presin,
transmisores e indicadores de presin, entre otros.
En la industria, el flujo de entrada a esta planta, por ejemplo un gas combustible, un vapor de agua o un
suministro de aire, debe provenir de otra unidad o subproceso donde, probablemente, ha aumentado o
disminuido su presin. En el caso de la planta de presin del LCP, ver figura 1a, un compresor, no
representado en la imagen, actualmente ubicado en el lab. de instrumentacin industrial, y que
acumula aire en su depsito hasta alcanzar una presin de alrededor de 80 psi, es quien emula la
unidad de suministro de aire a presin.
La tubera tanto de entrada como de salida del tanque de almacenamiento de aire a presin puede
presentar derivaciones, por ejemplo, proporcionado un suministro de aire a otros subprocesos. Es
normal que en estas tuberas de derivacin, a la entrada o a la salida, se encuentren vlvulas manuales
que permiten habilitar o no el paso de flujo en esa tubera.
Los disturbios en los caudales de la planta de presin se presentan debido a que por las tuberas de
derivacin, del caudal de entrada y/o de salida, se solicita flujo para otras unidades o subprocesos. En la
planta de presin del LCP al no existir realmente las otras unidades o subprocesos, el inicio de los
disturbios se genera activando arbitrariamente electrovlvulas, que pasan de abierta a cerradas o
viceversa, generando un aumento o cada del flujo de aire por la tubera de entrada o de salida del
tanque. La magnitud del disturbio depende de la posicin de una vlvula manual en serie con la
electrovlvula. Estas electrovlvulas se activan en forma manual desde el panel de control bajo el
escenario Stand Alone o bien son disparadas desde el Scada bajo el escenario basado en PLC (Nota
importante: en un ambiente industrial real tanto el inicio como la magnitud de las perturbaciones son
aleatorias).
Finalmente ya que la presin de suministro de aire del compresor normalmente es alta y peligrosa, se
hace uso de dos reguladores de presin, ubicados despus de la unidad de filtrado en el panel de
campo, un primer regulador disminuye la presin de 80 psi a 40 psi y el segundo regulador de 40 psi a
20 psi. Este aire a una presin de 20 psi es el suministro de aire con el cual trabaja la planta.
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7 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
Figura 1.b. Imagen 3D del panel de control de la planta de nivel y flujo de aire
En el panel de cableado o control, ver figura 1b, se implementa el cableado de los dos escenarios de
automatizacin que dispone la planta: basado en PLC y Stand Alone. Toda la instrumentacin que se
encuentra en campo se rene por medio de un sistema de borneras (JB - junction box) en campo y se
llevan hasta el panel de control por medio de cables. En el panel de cableado otro grupo de borneras
reciben las seales de campo y las enva hacia un bloque de rels electromecnicos quienes las
distribuyen hacia los dos escenarios de automatizacin, segn disponga la posicin de una llave
selectora que gobierna la activacin de los rels. Los cables se instalan al interior de canaletas
ranuradas distribuidas segn se necesite en el panel de control.
Cuando la llave selectora indica Stand Alone, la servovlvula y el transmisor-indicador de presin
quedan conectados a un controlador industrial de proceso Omron, mientras la instrumentacin
restante: circuito de mando del compresor y electrovlvulas de disturbio quedan para activacin
manual desde pulsadores.
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8 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
Cuando la llave selectora indica PLC, la instrumentacin se conmuta hacia las entradas y salidas del PLC
Micrologix 1500 de Allen Bradley. Los transmisores y la servovlvula hacia las entradas y salidas
analgicas, respectivamente. Las electrovlvulas de disturbio y el circuito de mando del compresor
hacia las salidas discretas del PLC.
En cualquiera de los dos escenarios de automatizacin solo se puede implementar el esquema de
control feedback.
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
9 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
6. PROCEDIMIENTO
6.1 Reconocimiento de elementos en planta y en panel de control
Liste en la siguiente tabla los nombres genricos de los elementos e instrumentos (ejemplo: transmisor
de presin ciego) que en una primera aproximacin alcancen a identificar, entre todos los integrantes
del grupo, presentes en cada panel de planta y de control.
Panel de la Planta Panel de control
6.2 Identificacin y descripcin de los elementos del panel de planta
En esta seccin se parte de una imagen en Solid Edge (modelo 3D) de algunos elementos de la planta
instrumentada. Se debe identificar componentes individuales del proceso y describir sus principales
caractersticas.
Complete las fichas de datos de cada componente con la informacin asociada a cada uno, la cual
puede encontrar leyendo o preguntando las caractersticas de los mismo presentes en los paneles.
Tome en cuenta que hay elementos para los cuales no aplican algunas de las caractersticas solicitadas
en la ficha.
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6.3 Parmetros de los transmisores de la planta de presin.
Complete la Tabla No. 6.3.1 de caractersticas de los instrumentos de medicin y control.
Transmisor Tag Cero Spam LVR HVR Unidad
Transmisor de presin ciego
Transmisor indicador de presin
Tabla No. 6.3.1 Caractersticas de los instrumentos de medicin.
6.4 Recordando el estndar de etiquetado ISA S5.1 e ISA S5.3
Para una adecuada identificacin de los dispositivos que componen un proceso industrial, ISA S5.1 e ISA S5.3
recomienda la utilizacin de etiquetas (TAGs), mediante los cuales se puede reconocer fcilmente la
funcionalidad del dispositivo junto con su correspondiente lazo de control.
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15 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
Haciendo uso de estas normas describa el instrumento o dispositivo al que hace mencin los siguientes TAGs .
Nota: estos no necesariamente se corresponde con instrumentos ubicados en los paneles de la planta de presin
y flujo de aire.
TAG DESCRIPCION
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16 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
6.5 Asignacin de etiquetas con el estndar ISA S5.1
Una de las partes fundamentales para todo Ingeniero en Automtica Industrial, consiste en saber realizar un
correcto levantamiento de planos y diagramas basndose en las normas establecidas como lo es la norma ISA
S5.1. Llene la siguiente tabla con el TAG que mejor represente la funcionalidad descrita.
DESCRIPCION TAG
Controlador de presin con capacidad de Indicacin, montado en panel de
control, asociado al lazo de control N 260.
Transmisor indicador de presin diferencial asociado al lazo de control N
15.
Controlador de temperatura con capacidad de registro, montado en panel
de control
Controlador e indicador de nivel perteneciente al lazo de control 55
Estacin de control y registrador de posicin
Switch con alto valor de potencia del lazo de control 02
Alarma de nivel bajo de presin diferencial
Switch por nivel alto y alarma de nivel diferencial de temperatura
perteneciente al lazo de control 23
Elemento primario de humedad
Transmisor indicador de flujo perteneciente al lazo de control 15 y 22
6.6 Lectura de un diagrama de flujo de proceso(PFD)
A continuacin se presenta un acercamiento a un diagrama de flujo de un proceso, ver figura 2, de la planta de
presin del LCP. Para iniciar observe muy bien la ubicacin y etiquetas de los dispositivos que componen el
esquema. De este modo:
a) Realice una descripcin fsica de la planta, redactando lo ms detallado posible todos los elementos que
encuentre, siguiendo una secuencia lgica desde los elementos que inician el proceso hasta nombrar el
ltimo a la salida del proceso.
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
17 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
Figura 2. Acercamiento a un diagrama de flujo de un proceso
b) Dibuje a mano alzada el diagrama de flujo de proceso de la planta de presin y flujo de aire. Para
iniciar observe muy bien la conexin de los diferentes elementos que componen el montaje real y dibuje
(empleando ISA S5.1) el proceso siguiendo una secuencia lgica desde los elementos que inician el proceso
hasta el ltimo en los que se culmina. Realice la descripcin del mismo.
c) Compare el diagrama de flujo de proceso de la figura 2 con el diagrama de flujo de proceso de la
actividad previa. Liste y explique todas las diferencias presentes entre los dos diagramas.
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
18 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
6.7 Lectura y diseo de un diagrama P&ID
A continuacin se presentan dos potenciales diagramas de tubera e instrumentacin (P&ID), de cada uno de los
escenarios de automatizacin de la actual planta, ver figuras 3 y 4. Para iniciar observe con cuidado la ubicacin
de instrumentos, las etiquetas y conexiones de los dos esquemas y contrstelos con meticulosidad con los
instrumentos y conexiones que realmente estn cableados en los dos paneles de la planta. Existen serias
diferencias entre lo indicado por los diagramas de las figuras 3 y 4 con lo realmente instalado.
Figura 3. Diagrama P&ID de la planta de presin y flujo de aire: Escenario Stand Alone
Figura 4. Diagrama P&ID de la planta de presin y flujo de aire: Escenario PLC
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
19 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
a) Lea y analice el diagrama P&ID de la figura 3 y segn el seguimiento que realice a los
instrumentos bajo el escenario Stand Alone. Escriba su lectura del diagrama y posteriormente
identifique y explique en qu consisten los errores cometidos.
b) Dibuje a mano alzada la versin corregida del diagrama P&ID de la planta bajo el escenario Stand
Alone. Tenga en cuenta que el controlador Omron se puede monitorear y supervisar desde un
PC.
c) Lea y analice el diagrama P&ID de la figura 4 y segn el seguimiento que realice a los
instrumentos bajo el escenario PLC. Escriba su lectura del diagrama y posteriormente identifique
y explique en qu consisten los errores cometidos.
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20 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
d) Dibuje a mano alzada la versin corregida del diagrama P&ID de la planta bajo el escenario PLC
incluyendo el monitoreo y supervisin desde el PC.
6.8 Ingeniera conceptual de la planta de Presin y flujo de aire
Continuando con las actividades iniciadas en el punto 6.7 :
e) Describa el proceso ejecutado en el diagrama de flujo de proceso dibujado siendo lo ms explcito posible.
Para ello tenga muy en cuenta que se requiere mantener la presin al interior del tanque en un valor
determinado.
f) A partir del anlisis del PFD y P&ID liste la variable controlada (VC), la variable manipulada (VM) y las
perturbaciones existentes clasificndolas en crticas y no crticas. Qu significa que una perturbacin sea crtica?
g) Indique el esquema de control recomendado para este proceso. Cuantos lazos de control se requieren?
Justifique.
g) Explique en qu consisten los dos escenarios de automatizacin actualmente implementados. Serian posibles
otros escenarios?. Explique cules?
6.9 Planos tcnicos de la ingeniera bsica y detallada
Levante planos a mano alzada, segn ISA S5.4, de los siguientes diagramas de conexiones:
a) Diagrama de lazo de control de presin Stand Alone
b) Diagrama de lazo de control de presin basado en PLC.
c) Diagrama de lazo monitoreo del transmisor de presin ciego y de activacin de electrovlvulas desde el
PLC.
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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN
21 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL
Soportndose en las lecturas entregadas al inicio del curso, en la herramienta AutoCad Electrical y en las
actividades realizadas en el punto 6.6 y 6.7:
a) Disee un diagrama de flujo de proceso profesional para la planta de presin del LCP. Acompae su
diseo de un prrafo explicativo.
b) Disee un diagrama de proceso e instrumentacin profesional para la planta de presin del LCP bajo el
escenario de automatizacin Stand Alone. Acompae su diseo de un prrafo explicativo.
c) Disee un diagrama de proceso e instrumentacin profesional para la planta de presin del LCP bajo el
escenario de automatizacin basado en PLC. Acompae su diseo de un prrafo explicativo.
d) Disee los diagramas de lazo profesionales a, b y c, del primer requerimiento de esta seccin. Acompae
cada uno de los diagramas de lazo de un prrafo explicativo.