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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Zacatenco

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR HÍBRIDO PARA

LA SECCIÓN DE DESTILACIÓN DE UNA PLANTA PILOTO

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

P R E S E N T A N:

LUIS ANGEL SÁNCHEZ CACIQUE

JESÚS ERNESTO TAPIA ESTRADA

Asesor Técnico:

M. en C. ARMANDO MORALES SÁNCHEZ

Asesor Estructural:

M. en C. PEDRO FCO. HUERTA GONZÁLEZ

MÉXICO D.F.

ÍNDICE

Implementación de un controlador hibrido para la sección de destilación de plantas piloto del IMP

Índice

Capítulo 1 Introducción Del Trabajo De Tesis .....................................................................1

1.1. Introducción...........................................................................................................2

1.2. Objetivo General ...................................................................................................3

1.3. Objetivos Específicos ............................................................................................3

1.4. Planteamiento Del Problema.................................................................................4

1.5. Justificación...........................................................................................................5

1.6. Estado Del Arte .....................................................................................................6

1.6.1.Aplicación En El Imp............................................................................................6

1.7. Aportaciones Al Trabajo ........................................................................................7

Capítulo 2 Descripción Del Proceso....................................................................................8

2.1. Destilación.................................................................................................................9

2.1.1. Destilación Primaria (A Presión Atmosférica).....................................................9

2.1.2. Destilación Secundaria (A Vacio) .......................................................................9

2.2. Astm..........................................................................................................................9

2.3. Método De Prueba Estándar Para Destilación De Petróleo Crudo (Astm D 2892-03).......................................................................................................................................10

2.4. Torre De Destilación ...............................................................................................11

2.5. Equipamiento De Ejecución De La Torre De Destilación Según El Método Astm D-2892-03..........................................................................................................................14

Capítulo 3 Descripción Del Controlador Hibrido ...............................................................16

3.1 Comparativa.............................................................................................................17

3.2 Descripción Funcional Del Controlador Hibrido. ......................................................20

3.3. Características De Hardware Del Controlador........................................................21

3.3.1 Bastidor Del Controlador Hc900........................................................................22

3.3.2 Fuente De Alimentación Eléctrica .....................................................................23

3.3.3 Módulo Del Controlador.....................................................................................24

3.3.4 Módulos Entrada/Salida ....................................................................................24

3.3.5 Computadora Personal......................................................................................25

3.4 Comunicaciones.......................................................................................................25

3.4.1 Dispositivos Del Módem Rs-232 .......................................................................25

3.4.2 Puertos Serie (Rs232 Y Rs485) ........................................................................25

3.4.3. Dispositivos Ethernet/Consideraciones ............................................................25

3.5 Funciones De Control ..............................................................................................25

ÍNDICE


3.6 Alarmas/Eventos ......................................................................................................26

Capítulo 4 Implementación................................................................................................27

4.1.- Diagrama De Tubería E Instrumentación (Dti).......................................................28

4.2.- Sumario De Entradas Y Salidas (I/O). ...................................................................30

4.3.- Armado De Gabinetes De Conexiones..................................................................31

4.4.- Alambrado Del Tablero De Control (Tablero 1) .....................................................32

4.4.1- Conexión Del Controlador Hc900.....................................................................34

4.4.2- Sección De Potencia ........................................................................................36

4.4.3.- Cuarta Sección ...................................................................................................38

4.5.- Conexión De Tablero 2 ..........................................................................................39

4.6.- Tablero De Conexiones Para Termopares (Tablero 3)..........................................41

4.6.1.- Conexión Del Sensor De Vacio.......................................................................42

4.7.- Aplicación Del Software .........................................................................................43

4.7.1.- Instalación Hybrid Control Designer................................................................43

4.7.2.- Configuración Del Paquete Plantscape...........................................................47

4.7.3.- Instalación Del Paquete Plantscape................................................................49

4.8.- Comunicación Con El Controlador Hc900 .............................................................51

4.8.1.- Cable Nulo.......................................................................................................51

4.8.2.- Cable Ethernet ................................................................................................54

4.9.- Control De La Columna .........................................................................................56

4.9.1.- Lazo De Control De La Temperatura De Fondo De La Columna. (Olla).........58

4.9.2.- Control Del Solenoide. ....................................................................................61

4.9.3.- Control De Presión De Vacio ..........................................................................62

4.10.- Base De Datos Para El Sistema ..........................................................................66

4.11.- Desarrollo Del Hmi (Human Machine Interface) ..................................................76

Capítulo 5 Costo - Beneficio ..............................................................................................84

5.1.- Costos....................................................................................................................85

5.2.- Beneficios ..............................................................................................................86

Capítulo 6 Resultados Y Conclusiones .............................................................................87

6.1.- Resultados .............................................................................................................88

6.2.- Conclusiones .........................................................................................................89

Anexos...............................................................................................................................91

Anexo 1.- Interruptor Termo Magnetico 220vac ..............................................................92

ÍNDICE


Anexo 2.- Interruptor Termo Magnetico 120vac ..............................................................94

Anexo 3.- Fuente De Alimentacion 120vac-24vdc............................................................96

Anexo 4.- Relevadores De Estado Solido......................................................................98

Anexo 5.- Sensor De Presion.........................................................................................99

Anexo 6.- Reporte De Signal Tag Y Variables.............................................................101

Anexo 7.- Diagrama De Tuberia E Instrumentacion ....................................................102

Anexo 8.- Distribucion Del Tablero ..............................................................................103

Anexo 9.- Modulo De Entradas Analogicas Tarjeta 1 ..................................................104

Anexo 10.- Modulo De Entradas Analogicas Tarjeta 2 ................................................105

Anexo 11.- Conexión Electrica De Transmisores ........................................................106

Anexo 12.- Modulo 6, Do Relay ...................................................................................107

Anexo 13.- Conexiones A Relevadores .......................................................................108

Anexo 14.- Modulo 7, Do Relay ...................................................................................109

Bibliografía.......................................................................................................................110

Índice De Tablas

Tabla 2.1.- Referencia Sub-Atmosférica Para La Destilación. ..........................................13

Tabla 2.2.- Desarrollo Del Metodo Astm D-2892...............................................................14

Tabla 3.1.- Comparativa De Hardware Y Comunicación...................................................17

Tabla 3.2.- Comparativa De Funciones De Control Y Entradas/Salidas... .......................18

Tabla 4.1.- Conteo De Entradas Y Salidas (I/O)................................................................30

Tabla 4.2.- Conteo Total De I/O.........................................................................................30

Tabla 4.3.- Características De Las Tarjetas Para El Hc900. .............................................31

Tabla 4.4.- Configuración De La Red. ...............................................................................48

Tabla 4.5.- Conexiones De Cable De Módem Nulo...........................................................51

Tabla 4.6.- Configuración Del Interruptor Dip Switch De Los Puertos Series. ..................52

Tabla 4.7.- Configuración Cable. .......................................................................................54

tabla 5.1.- Costos De Tarjetas Empleados De La Marca Honeywell. 92

Tabla 5.2.- Costos De Termopar Tipo K............................................................................92

Tabla 5.3.- Otros Costos....................................................................................................93

ÍNDICE


Índice De Ecuaciones

Ecuación 4.1.- Conversión De bar-mmHg .........................................................................73

Índice De Figuras

Figura 2.1.- Esquema De La Destilación Atmosférica Y A Vacio. .....................................10

Figura 2.2.- Torre De Destilación, Tal Como Establece El Método Astm D-2892-03........11

Figura 2.3.- Termómetro Con Resistencia De Platino. ......................................................12

Figura 2.4.- Presentación De Un Medidor Mcleod.............................................................13

Figura 3.1.- Configuración De Un Controlador Hc900 Pequeño.. .....................................21

Figura 3.2.- Componentes Del Bastidor Del Controlador. .................................................22

Figura 3.3.- Opciones De Bastidor. ...................................................................................22

Figura 3.4.- Fuente De Alimentación Eléctrica. .................................................................23

Figura 3.5.- Modulo Del Controlador. ................................................................................24

Figura 3.6.- Bloques De Terminales Del Módulo De E/S. .................................................24

Figura 3.7.- Comunicación Con Rs232..............................................................................25

Figura 4.1.- Diagrama De Tubería E Instrumentación De La Torre De Destilación. .........29

Figura 4.2.- Conexión De Interruptores Termomagnéticos (Itm) De 220v Y 120v. ...........32

Figura 4.3.- Conexión De Clemas Sencillas Y Tipo Fusible. .............................................33

Figura 4.4.- Clemas Para La Tierra. ..................................................................................33

Figura 4.5.- Sección De Alimentación Eléctrica.................................................................33

Figura 4.6.- Conexión De La Fuente Del Controlador. ......................................................34

Figura 4.7.- A) Tarjeta De Entradas Analógicas; B) Tarjeta De Entradas Analógicas.......35

Figura 4.8.- Alambrado De Las Salidas A Relevador. .......................................................35

Figura 4.9.- Término Del Alambrado Del Relevador..........................................................36

Figura 4.10.- Conexión Del Relevador. .............................................................................37

Figura 4.11.- Relevadores. ................................................................................................37

Figura 4.12.- Fuente De Alimentación De 120v A 24 V.....................................................38

Figura 4.13.- A) Clemas Fusible; B) Conexiones A 220 Ac...............................................38

Figura 4.14.- Sección De Fases Y Clemas De Fusible. ....................................................39

Figura 4.15.- Tablero Terminado. ......................................................................................39

Figura 4.16.- A) Y B) Conexión Del Tablero 2. ..................................................................40

Figura 4.17.- Vista Exterior Del Tablero 2. ........................................................................40

ÍNDICE


Figura 4.18.- Caja De Conexión Para Resistencias. .........................................................41

Figura 4.19.- A) Conexiones Internas En El Tablero. B) Vista Exterior Del Tablero. ........41

Figura 4.20.- Brida De Ajuste En El Tablero 3...................................................................42

Figura 4.21.- Sensor De Presión. ......................................................................................42

Figura 4.22.- Pantalla Inicial De Instalacion Del Hcd.........................................................43

Figura 4.23.- Ventana De Acuerdo De Licencia Hcd.........................................................44

Figura 4.24.- Ventana De Información Del Cliente. ...........................................................44

Figura 4.25.- Componentes Del Hc900 A Instalar. ............................................................45

Figura 4.26.- Ejemplos Configuración. ..............................................................................45

Figura 4.27.- Instalación De Firmware............................................................................. 46

Figura 4.28.- Finalización De La Instalación Del Hcd...................................................... 46

Figura 4.29.- Actualización. ............................................................................................. 47

Figura 4.30.- Ubicación Del Ejecutable Para La Instalación............................................ 50

Figura 4.31.- Puertos Que Contiene El Modulo C30. ...................................................... 52

Figura 4.32.- Nuevo Archivo En Hcd. .............................................................................. 52

Figura 4.33.- Configuración De Puerto. ........................................................................... 53

Figura 4.34.- Obtención Ip Del Controlador..................................................................... 53

Figura 4.35.- Propiedades Del Puerto Network ............................................................... 55

Figura 4.36.- Ventana De Edición Del Dispositivo........................................................... 55

Figura 4.37.- Temperatura De Domo............................................................................... 56

Figura 4.38.- Cuadro De Configuración De La T. Domo. ................................................ 57

Figura 4.39.- Propiedades De La Señal Analógica.......................................................... 57

Figura 4.40.- Lazo De Control De Temperatura Del Fondo............................................. 58

Figura 4.41.- Propiedades Del Pid................................................................................... 59

Figura 4.42.- Sintonización De Lazo De Control. ............................................................ 60

Figura 4.43.- Ventana De Configuración De La Salida Del Lazo T. Fondo. .................... 60

Figura 4.44.- Control Del Solenoide. ............................................................................... 61

Figura 4.45.- Tiempo De Apagado Del Solenoide. .......................................................... 62

Figura 4.46.- Tiempo De Encendido De Solenoide. ........................................................ 62

Figura 4.47.- Lazo De Control De Presión De Vacío....................................................... 63

Figura 4.48.- Impresión Reporte Previo........................................................................... 64

Figura 4.49.- Imprimir Reporte......................................................................................... 64

Figura 4.50.- Menú Y Submenú De Fbd's ....................................................................... 65

ÍNDICE


Figura 4.51.- Descarga Al Controlador Hc900................................................................. 65

Figura 4.52.- Se Puede Observar La Ubicación Del Icono Channels Así Como La Ventana Para Agregar Canales Dentro Del Quick Builder............................................................. 66

Figura 4.53.- Ventana Desplegada Por Quick Builder Al Hacer Clic Derecho Sobre Los Iconos Ya Sea De Channels, Controllers O Points. ........................................................ 66

Figura 4.54.- Asignación Del Puerto De Comunicación Que Tendrá El Canal Creado... 77

Figura 4.55.- Se Puede Observar La Ubicación Del Icono Controllers Así Como La Ventana Para Agregar Controladores Dentro Del Quick Builder..................................... 68

Figura 4.56.- Parámetros De Los Controladores, Se Puede Apreciar El Cambio De Offset.......................................................................................................................................... 69

Figura 4.57.- Información Proporcionada En La Ayuda Del Programa Referente A La Dirección Del Offset......................................................................................................... 69

Figura 4.58.- Creación De Pontos. .................................................................................. 70

Figura 4.59.- Características Ventana Main. ................................................................... 71

Figura 4.60.- Direccionamiento De La Variable............................................................... 72

Figura 4.61.- Características Ventana De Control........................................................... 73

Figura 4.62.- Ventana History.......................................................................................... 74

Figura 4.63.- Ventana Main De Status Point. .................................................................. 75

Figura 4.64.- Ventana Control De Status Point. .............................................................. 76

Figura 4.65.- Librería De Formas. ................................................................................... 77

Figura 4.66.- Selección De Gráficos De La Librería. ....................................................... 78

Figura 4.67.- A) Detalles Del Valor Alfanumérico. B) Detalles Del Valor Date. ............... 78

Figura 4.67.- Direccionamiento........................................................................................ 79

Figura 4.68.- Desarrollo Del Hmi. .................................................................................... 79

Figura 4.69.- Prueba De Funcionamiento De Temperatura En Canasta......................... 80

Figura 4.70.- Password.................................................................................................... 80

Figura 4.71.- Menú De Sistema De Configuración. ......................................................... 81

Figura 4.72.- History Collection. ...................................................................................... 82

Figura 4.73.- Configuración Trend................................................................................... 83

Figura 6.1.- Tendencia De Temperatura En Una Prueba De Temperatura.......................88

INTRODUCCIÓN

Implementación de un controlador híbrido para la sección de destilación de plantas piloto del IMP

Página 1

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN AL TRABAJO DE TESIS

INTRODUCCIÓN


Página 2

1.1. INTRODUCCIÓN

Actualmente la industria petrolera es la base del desarrollo energético, tanto del país como a nivel mundial, para la obtención del petróleo se cuenta con una serie de procesos, que inician con la extracción, mediante la perforación de un pozo sobre el yacimiento, aplicando una presión se forza la salida natural del petróleo a través del pozo y se conecta a una red de oleoductos para su tratamiento primario, donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más volátiles. Posteriormente se transporta a refinerías o plantas de mejoramiento, en donde los componentes químicos del petróleo se separan por un proceso de destilación. De él, se extraen diferentes productos, entre otros: propano, butano, gasolina, keroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos, carbón de coque, etc. La separación de los hidrocarburos se realiza por el aprovechamiento de sus diferentes puntos de ebullición y mediante el proceso llamado “destilación fraccionada”, en donde el primer proceso que aparece es la destilación atmosférica y al vacío, la cual en gran parte se lleva bajo el efecto conjugado de la temperatura y la presión.

El Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) es el centro de investigación de México dedicado al estudio en el área petrolera, cuenta con un laboratorio de plantas piloto y dentro de este existe un área de destilación para evaluar los diferentes crudos derivados del petróleo. Esta área es de las más antiguas del laboratorio por lo que cuenta con un control manual de sus columnas de destilación, y debido a esto, se requiere una modernización de estas, se propone en el presente trabajo el estudio y cambio a un control automático, debido a las exigencias de calidad en los resultados requeridos. Esto se inicia con la implementación de un sistema de control híbrido en una columna de destilación, con lo que se tendrá una columna automatizada que cumpla con los estándares de seguridad y calidad necesarios, además de facilitar el buen funcionamiento de la misma.

Este proyecto se desarrolla para ofrecer una solución en la automatización de la columna de destilación y cubre la especificación, implementación y pruebas de un sistema de control híbrido con una interfaz grafica para el operador.

INTRODUCCIÓN


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1.2. OBJETIVO GENERAL

Implementar un sistema de control híbrido para la sección de destilación en el laboratorio de plantas piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), de manera que opere de una forma segura y bajo las condiciones de operación requeridas en los métodos utilizados por la columna de destilación.

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Desarrollar la documentación de ingeniería básica para la instrumentación y control de la sección de destilación.

• Instalar y alambrar el tablero de control y de la instrumentación de campo. • Implementar el sistema de control distribuido y la interfase hombre-máquina (HMI). • Efectuar la prueba de funcionalidad de cada uno de los elementos que conforman el

sistema de automatización a las condiciones de operación de sección de destilación.

INTRODUCCIÓN


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1.4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En el laboratorio de plantas piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), se realizan pruebas de destilación de crudos, estas pruebas hasta el momento funcionan manualmente por lo que se han presentado problemas en la adquisición de datos, control de variables de proceso, tiempos largos de estabilidad del proceso, retardo en la entrega de resultados, baja confiabilidad de resultados, equipo de control obsoleto y reportes en papel.

Por lo anterior, se hace necesario implementar un sistema de control automático en el que se incrementan los beneficios en la adquisición automática de datos, control de variables de acuerdo a métodos establecidos, resultados en tiempo real, cálculos confiables y base de datos de las pruebas, además de contar con una interfase hombre-máquina HMI para la operación del proceso.

INTRODUCCIÓN


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1.5. JUSTIFICACIÓN

La columna de destilación del laboratorio de plantas piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) requiere un sistema de control que maneje señales tanto analógicas como digitales y que su comunicación sea por protocolo Modbus, esto con la finalidad de facilitar el sistema de control y adquisición de datos, es por ello que en este proyecto se selecciono el controlador híbrido por cubrir con las especificaciones anteriores.

Este proyecto de implementación de un sistema de control híbrido se lleva a cabo en una columna de destilación del laboratorio de plantas piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP); por lo que es necesario que la sección de destilación cuente con un sistema de control híbrido capaz de optimizar el proceso y cumplir con los estándares de seguridad para el personal y los equipos, así como la estabilidad en las variables de proceso y protección al medio ambiente

El proyecto radica en importancia al considerar los costos altos de los hidrocarburos y las condiciones críticas de operación de los procesos de destilación. Por otra parte, este proyecto se enmarca dentro del área del control automático y la instrumentación, lo que nos motiva a desarrollar una aplicación afín a nuestra carrera, “Ingeniería en Control y Automatización”, para el desarrollo de nuestros conocimientos y habilidades.

INTRODUCCIÓN


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1.6. ESTADO DEL ARTE

Dentro de las instalaciones de la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias

Extractivas (ESIQIE) se encontró con un trabajo previamente realizado en la implementación

de la torre de destilación el cual nos da algunos conceptos que considera como

indispensables tales como: Operación unitaria de destilación, la clasificación de esta, punto

de burbuja, punto de rocío, velocidad de destilación, retención dinámica, retención estática,

densidad API, intercambiadores de calor, columnas o torres de destilación así como la

descripción de los métodos de destilación empleados (ASTEM-D1160 y ASTM-D2892).[1]

El Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) cuenta con una sección de destilación en el

laboratorio de plantas piloto la cual fue implementado en 1997 empleando el método de

destilación ASTM-D2892, funcionando manualmente, en dicha sección también existe la

unidad de destilación MINIDIST PLUS, la cual es totalmente automática y no permite alguna

variación en el sistema de control para otros métodos de destilación, dicha unidad fue

creada por GECIL PROCESS. (Mayor referencia [20])

INTRODUCCIÓN


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1.7. APORTACIONES AL TRABAJO

• Proponer una solución para la automatización de la columna de destilación en el

método ASTM 2892.

• Diseñar y armar un tablero de control para la columna de destilación.

• Realizar el DTI correspondiente al proceso.

• Realizar los diagramas de conexiones correspondientes para relevadores y tarjetas

de I/O.

• Documentar la automatización de la columna.

• Sistema de control automático para la columna de destilación.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO


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Capítulo 2




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2.1. DESTILACIÓN

La destilación es una operación que consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida aprovechando las diferencias en sus presiones de vapor. La mezcla en su punto de ebullición desprenderá vapores ricos en componentes volátiles los cuales se condensaran aparte. [2] En si el objetivo de la destilación es el separar los diferentes componentes con base en las diferencias entre sus puntos de ebullición.

2.1.1. DESTILACIÓN PRIMARIA (A PRESIÓN ATMOSFÉRICA)

Esta destilación es el primer tratamiento a que se somete el crudo después de su extracción. [4] El objetivo es su vaporización parcial y separación por condensación a diferentes temperaturas en distintas fracciones. [5] A continuación se muestran los principales productos de esta destilación: • Gases de refinería. • Gases licuados de petróleo (propano/butano). • Naftas (ligeras/pesadas). • Querosenos, petróleos lampantes, combustibles de aviación. • Gasóleos de automoción y gasóleo de calefacción. • Fuelóleos pesados industriales. [4]

2.1.2. DESTILACIÓN SECUNDARIA (A VACIO)

La destilación a vacio del residuo atmosférico es una operación complementaria de la destilación primaria, permitiendo extraer del mismo destilados pesados, que sufrirán transformaciones posteriores o servirán para su empleo como bases de aceites lubricantes. [4]

En la Figura 2.1 se presenta un esquema de refino que comprende la destilación atmosférica y a vacio (presión reducida).

2.2. ASTM

La ASTM International (American Society for Testing and Materials) es una de las mayores organizaciones de desarrollo de normas voluntarias en el mundo, fuente confiable de normas técnicas para los materiales, productos, sistemas y servicios. Las normas ASTM tienen un papel importante en la infraestructura de información que orienta el diseño, la fabricación y el comercio en la economía mundial. [3] Las normas ASTM son usadas por compañías y agencias en todo el mundo, estas son voluntarias en el sentido de que ASTM no exige observarlas. Con ellas se da la confianza en la calidad estándar de los combustibles que se usan.



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Figura 2.1.- Esquema de la Destilación atmosférica y a vacio.

2.3. MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR PARA DESTILACIÓN DE PETRÓLEO CRUDO (ASTM D 2892-03)

Antes que nada hay que mencionar que este estándar es publicado bajo una designación fija D 2892; el número siguiente inmediato a la designación indica el año de la última revisión.

El método de prueba descrito a continuación indica el procedimiento para la destilación de petróleo crudo estabilizado a una temperatura de corte final de 400 °C AET (Temperatura Atmosférica Equivalente). El método de prueba emplea una columna de fraccionamiento que tiene una eficiencia de 14 a 18 platos teóricos operados en una relación de reflujo de 5:1.

Ofrece un compromiso entre eficiencia y tiempo en orden para facilitar la comparación de datos de destilación entre laboratorios, además detalla procedimientos para la producción de un gas licuado, fracciones destiladas y residuo de calidad estandarizada en donde datos analíticos pueden ser obtenidos, y la determinación de productos por encima de las fracciones ambas por masa y volumen.

Es muy importante considerar que este método de prueba también puede ser aplicado a alguna mezcla de petróleo con excepción de gases de petróleo licuados, naftas muy ligeras, y fracciones con punto inicial de ebullición arriba de 400 °C.



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Este método toma una muestra pesada de 1 a 30 L de petróleo crudo estabilizado destilándolo a una temperatura máxima de 400 ºC AET (Temperatura Atmosférica Equivalente) en una columna de fraccionamiento teniendo una eficiencia de reflujo total de al menos 14 platos pero no mayor que 18 platos teóricos, manteniendo una relación de reflujo de 5:1 en toda la presión de operación, excepto en operación a bajas presiones que serian entre 0.674 y 0.27 KPa (5 y 2 mm Hg) teniendo una relación de reflujo de 2:1 siendo esta opcional. La temperatura, presión y otras variables son registradas en intervalos y al final de cada corte o fracción, también se obtienen la masa y densidad de cada corte o fracción así se podría obtener el cálculo de los productos de destilación por masa (desde la masa de todas las fracciones incluyendo el corte de gas licuado y el residuo) y las producciones de destilación por volumen de todas las fracciones y residuo en 15 ºC (desde masa y densidad), con estos datos se elaboran las curvas TBP (Cierto Punto de Ebullición) en masa o en por ciento de volumen, o ambos, contra AET.

Los productos fraccionados pueden ser analizadas como producidos o combinados para producir muestras para estudios analíticos, ingeniería y evaluaciones de calidad de producto. La preparación y evaluación de mezclas no forman parte de este método de prueba.

2.4. TORRE DE DESTILACIÓN

A continuación se detallan los elementos en la torre de destilación, para su correcto funcionamiento, considerando la norma ASTM D-2892-03, en destilación a presión reducida.

COLUMNA DE

FRACCIONAMIENTO

BALÓN DE DESTILACIÓN

SISTEMA REFLUJO

VALVULA SOLENOIDE

PRODUCTO

TERMOCUPLA

CABEZAL DE COLUMNA

COLECTOR DE FRACCION

CONDENSADOR

Figura 2.2.- Torre de destilación, tal como establece el Método ASTM D-2892-03

• BOMBA DE VACÍO:

El sistema de vacío es capaz de mantener constante la presión de operación en todo nivel. Y tiene la capacidad de obtener bajas presiones el recibe desde atmósferas de 0.25 KPa (2

TERMOPAR



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mm Hg) en menos de 30 segundos para evitar los disturbios en el sistema durante el vacío de recuperación bajo vacío.

• MEDIOS DE VACÍO:

El punto de conexión del medidor de vacío en el sistema deberá ser lo más próxima a la cabeza de reflujo. La tubería tiene que tener el suficiente diámetro para asegurar esa presión no mediada que ocurra en la línea.

• REGULADOR DE PRESIÓN:

El regulador mantiene la presión constante en el sistema en todas presiones de operación. Debe haber una válvula solenoide colocada entre el suministro de vacío y un tanque de arranque de mínimo 10 L de capacidad.

• ELEMENTO PRIMARIO DE TEMPERATURA

El sensor de temperatura de vapor puede ser un termómetro con resistencia de platino, un termopar tipo J con un empalme justo por arriba a la más baja información del Termopozo, o algún otro aparato que presente el rendimiento. La información del sensor es localizada sobre la parte superior del envase o el de mayor información del plato de vidrio y el próximo cerrado es el reflujo dividido pero no en contacto con el reflujo liquido. El sensor tiene un tiempo refrescante de no más de 175 segundos.

La temperatura de vapor medida por el dispositivo de medición deberá tener una precisión de 0.5 °C o mejor a ser medida con u una resolución de 0.1 °C o mejor. Por el dispositivo de medición deberá tener una precisión de 1.0 °C o mejor y es medida con una resolución de 0.5 °C o mejor.

El sensor de temperatura se calibra sobre el alcance de toda temperatura (de 0 a 400°C) en combinación con el instrumento asociado.

Figura 2.3.- Termómetro con resistencia de platino.

• MEDIDOR DE VACÍO Un medidor Nontilting McLeod (Figura 2.4) o un manómetro de mercurio estándar pueden ser usados sin calibrar cuando se usa apropiadamente. Un manómetro de mercurio es solo de exactitud satisfactoria bajo una presión de aproximadamente 1KPa (7.5 mmHg) y en consecuencia solo cuando se lee con un buen catetómetro (instrumento basado en un telescopio montado en una escala vernier a determinado nivel muy preciso).



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El medidor para medir las presiones sub-atmosférica deberá tener una precisión al menos igual a la que se declara en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1.- Referencia sub-atmosférica para la destilación.

Presión de destilación Exactitud

KPa mm Hg KPa mm Hg

100 – 13.3 760 a 100 0.13 1.0

13.3 – 1.33 99 a 10 0.013 0.1

1.33 – 0.266 9 a 2 0.006 0.06

Figura 2.4.- Presentación de un Medidor McLeod.

• RELACIÓN DE EBULLICIÓN La relación de ebullición es controlada normalmente junto al sensor a presión baja en la columna. La presión baja durante la operación es medida junto a la medida del manómetro o transmisor de presión conectado entre el matraz y el condensador. La prevención de la condensación en el tubo de conexión se puede lograr mediante la inyección de un pequeño flujo de nitrógeno de (8 cm3/s) entre el sensor de caída de presión y manómetro el matraz o colocando una pequeña refrigerado por agua condensada entre el matraz y la caída de presión del sensor. La relación de ebullición puede ser controlada por la medición de la relación de arranque.

Este método de prueba provee un estándar estructural del laboratorio de destilación de aceites crudos en el orden de producir cortes de cualidades definidas y la concurrente



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producción de una curva de punto de ebullición. Con las cualidades requeridas y los puntos de corte de fuerza puede ser muy diferente entre compañeros y áreas de aplicación.

Por otro lado la naturaleza del método de prueba y la naturaleza del producto con una prueba (altamente volátil y material inestable) evitando el uso del estándar estático de control técnicos.

2.5. EQUIPAMIENTO DE EJECUCIÓN DE LA TORRE DE DESTILACIÓN SEGÚN EL MÉTODO ASTM D-2892-03

Consiste de dos elementos la eficiencia de la columna, definiendo las cualidades del corte y las correcciones del punto de corte (AET) definiendo la curva de punto de ebullición.

La principal de ellas es la corrección de la AET pero no solo depende de la precisión de la temperatura (vapor) y (operación) sensores de presión. Otros de los factores que afectan la precisión y presión de la curva de punto de ebullición son:

• La localización de los sensores de temperatura y presión. • La dinámica de respuesta del sensor. • La correcta operación del divisor de flujo. • La pérdida de calor de la columna. • Eficiencia de la columna.

La calidad del proceso es definida principalmente por la eficiencia de la columna, pero también es afectada por:

• La operación correcta del divisor de reflujo (relación de reflujo). • La pérdida de calor para la columna, este es, reflujo interno. • El soporte dinámico de la columna

En la Tabla 2.2 se muestra de forma simplificada el proceso de la torre de destilación empleando el método ASTM D-2892, especificando el área que realiza las labores.

Las áreas de control marcadas en azul, son las que abarcara el presente trabajo, reduciendo considerablemente la intervención del operador en dicho proceso.

Tabla 2.2.- Desarrollo del método ASTM D-2892.

Algoritmo para el desarrollo del método ASTM D-2892

Área que lo realiza

Actividades previas

Limpieza de equipo, verificación de equipo, calibración de instrumentos, etc. Operador

Cargado Cargar la muestra a destilar usando el peso especifico a 15 °C Operador Ajustar -20°C en el baño de enfriamiento Suministrar calentamiento para alcanzar IBP en 20 a 50 min. Control encender el agitador Control

Debutanizacion

Dar máximo 15 minutos de reflujo Control



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Interrumpir el flujo refrigerante al condensador hasta que la temperatura alcance 15 °C, repetir este procedimiento 3 veces. En caso de que la temperatura alcance los 15 °C pasar a etapa atmosférica.

Válvula

Remover las trampas de recuperación de ligeros del hielo seco y registrar los pesos de la fracción. Operador

Ajustar calentamiento e iniciar R/D 5:1 (25/5), la velocidad de destilado dependerá de la etapa y diámetro de la columna(80mm,40mL/min)

Control

Cuando T(AET)de domo sea 65 °C ajuste la temperatura del baño de enfriamiento a 18 °C o bien cambie a agua a temperatura ambiente

Control

Realizar los cortes a temperatura de vapor AET deseadas Control Cuando T(AET)de domo sea 195 °C o T fondo 310 °C terminar la etapa, suministrar aire de enfriamiento Control

Destilación a presión

atmosférica

El enfriamiento terminara al tener T fondo 150 °C Control Encender la válvula de vacío y controlar 100 mmHg Control Dar máximo 15 min de reflujo, ajustar calentamiento iniciar R/D 5:1 (25/5), la velocidad de destilado dependerá de la etapa y diámetro de la columna(80mm, 25mL/min)

Control

Realizar los cortes a las temperaturas de vapor AET deseadas Control Cuando T (AET) de domo sea 265 °C o T fondo 310 °C terminar la etapa, apagar calentamiento, apagar R/D suministrar aire de enfriamiento.

Control

El enfriamiento terminara al tener T fondo 150 °C Control

Destilación a 100 mmHg

Apagar la bomba de vacio Control Destilación a 2

mm de mercurio Encender la válvula de vacío y controlar 2 mmHg Control

Dar máximo 15 min de reflujo Control

Ajustar calentamiento e iniciar R/D 2:1 (10/5), la velocidad de destilado dependerá de la etapa y diámetro de la columna(80mm,10mL/min)

Control

Realizar los cortes de temperatura de vapor AET deseadas Operador

Cuando T (AET) de domo sea 400 °C o T fondo 310 °C terminar la etapa, apagar calentamiento, apagar R/D suministrar aire de enfriamiento.

Control

El enfriamiento terminara al tener T fondo 200 °C Control Apagar la bomba de vacio Control Romper al vacio suministrando nitrógeno al equipo Control Apagar los baños de recirculación Control Apagar el agitador Control

Balance Pesar el residuo y hacer el balance de materia Operador Considerar Hold up de 40 g para columna de 80 mm

DESCRIPCIÓN DEL CONTROLADOR HÍBRIDO


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Capítulo 3




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3.1 COMPARATIVA

Con la finalidad de encontrar un sistema de control adecuado al proceso se compararon tres diferentes sistemas de control, el Controlador Híbrido HC900 de Honeywell, el sistema de control distribuido Delta V y el programa RS-view 32 de Rockwell Automation, de los cuales se comparan los sistemas de configuración y el hardware, y a partir de ahí se selecciona el más adecuado. En la siguiente tabla se muestran las características de los diferentes softwares y equipos, y se puede notar el beneficio cuantitativo que se obtiene con el controlador HC900.

Tabla 3.1.‐ Comparativa de Hardware y Comunicación.

HC 900 Hybrid controller VS RS view

HC900 RS view 32 Delta V

Sistema de configuración Windows NT, 2000 o Me.

Windows 2000 Professional o XP Professional o Server 2003.

Windows 2003 server, Windows XP Professional

Hardware

Estructura de bastidor modular; los componentes se solicitan individualmente, según las necesidades

La arquitectura se forma con un chasis de controlador de dos slots donde se ubican el controlador y la fuente.

La CPU permite establecer conectividad Ethernet

Se conecta un chasis de E/S que es de 8 slots. Y puede repetirse hasta agregar 8 chasis, para un total de 64 módulos.

Fácil de armar, modificar y expandir Fácil de armar, modificar y

expandir

Procesamiento en paralelo: una CPU en cada módulo de E/S realiza el procesamiento de señales para mantener las velocidades de actualización

Una sistema de montaje vertical, que permite ubicar hasta dos controladores con sus fuentes, y 8 módulos de E/S o comunicaciones,

Comunicaciones

Enlace RS-232 al módem o a la herramienta de configuración del PC (hasta 12,7 metros). Puerto que se puede configurar como maestro o esclavo de Modbus RTU/TCP.

Para las comunicaciones con la mayoría de los dispositivos Allen-Bradley, RSView32 utiliza una conexión de controlador directo. Canales dispositivos de comunicación software del controlador de comunicación (RSLinx) nodos (dispositivos de control)

Interfaz FOUNDATION™ fieldbus1 (Series 1 y 2) Puertos, máximo 16 Dispositivos/Puerto, 1900 metros DeviceNet (Serie 2) 1 Puerto, máximo 61 Dispositivos, 500 metros a 125K baudios

1 Es un bus de datos digital, serie y multipunto entre dispositivos de campo y/o sistemas de un entorno industrial. Es capaz de obtener información sobre el proceso y sobre el propio instrumento, y establecer reglas de rendimiento, seguridad y detección de errores.[9]



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Utilice los controladores de RSLinx.

Enlace RS-485 bifilar con la interfaz del operador (hasta 2000 pies o 601 metros). Puerto que se puede configurar como maestro o esclavo de Modbus RTU/TCP.

Para comunicarse con una amplia gama de dispositivos locales y remotos, RSView32 utiliza conexiones OPC o DDE

Profibus DP 1 Puerto, máximo 64 Dispositivos, 2000 metros a 1.5M baudios Interfaz de Sensor Actuador (AS-i)2 Puertos, máximo 31 Dispositivos/Puerto, 300 metros

Conexión Ethernet 10BaseT a hasta 5 servidores de PC mediante protocolo Modbus/TCP, comunicaciones entre pares con otros controladores HC900 y con Internet.

Interfaz Serial (Series 1 y 2) 2 Puertos de Protocolo Modbus, RS232/RS485 ó 2 Puertos Programables

Conexión privada Ethernet 10BaseT a los bastidores de expansión de E/S (sólo CPU C50).

En la Tabla 3.2.- Comparativa de Funciones de Control y Entradas/Salidas. se muestran las características con las que cuenta el HC900 y el sistema delta V, se muestran las funciones de control con las que cuenta cada equipo y los tipos de entradas y salidas con las que pueden trabajar, de tal forma que en estas tablas se pueden ver puntos por los que es mejor trabajar con el controlador seleccionado que con alguno de los otros dos, además de que aquí no entra en la esta comparación el RS- view debido a que este solo es un software y la parte de hardware tiene que ser un PLC seleccionado.

Tabla 3.2.‐ Comparativa de Funciones de Control y Entradas/Salidas.

HC 900 Hybrid controller VS RS view

HC900 RS view 32 Delta V

Funciones de control

Conjunto de bloques de funciones, que incluye: PID: Modelo C50: hasta 32 lazos Modelo C30: hasta 8 lazos

Técnicas avanzadas de control, como son: control difuso (fuzzy), control con redes neuronales, control predictivo

Programadores de puntos de consigna: hasta 8; Perfiles de puntos de consigna: grupo de 99, con hasta 50 segmentos/perfiles; Programadores de puntos de consigna: 1 ó 2; Calendarios de puntos de consigna: hasta 20,

Sintonización de lazos PID o controles Fuzzy, detección de mal funcionamiento de lazos, control estadístico multivariable.



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con hasta 50 segmentos/calendario.

Secuenciadores: hasta 4; Secuencias: hasta 20; Pasos por secuencia: hasta 64.

Optimizador de tiempo real, monitoreo de funcionamiento de equipos, simulación, y otros.

Hasta 400 (Modelo C30) o 2000 (Modelo C50) bloques configurados por el usuario según la estrategia de control.

Entrada Salida

Entrada analógica: Modelo C30 - Hasta 96 entradas analógicas; 0,1% precisión de amplitud Modelo C50 - Hasta 256 entradas analógicas; 0,1% de precisión de amplitud

Tipos de tarjetas de Entradas Analógicas:Serie 2 AI, 8 Canales, 4 a 20 mA, HARTAI, 16 Canales, 4 a 20 mA, HART AI, 8 Canales, 4 a 20 mA, HART AI, 4 Canales, Entrada Aislada (Termopar, RTD, MVolt, Ohms, Voltaje)AI, 8 Canales, 4 a 20 mAAI,8 Canales, 1-5vAI I.S., 8 Canales, 4 a 20 mA, HARTRTD, 8 CanalesTermopar, 8 Canales

Salida analógica: Modelo C30 - Hasta 48 salidas analógicas Modelo C50 - Hasta 64 salidas analógicas

Salidas AnalógicasSerie 2 AO, 8 Canales, 4 a 20 mA, HARTAO, 8 Canales, 4 a 20 mA, HART AO, 8 Canales, 4 a 20 mAAO I.S., 8 Canales, 4 a 20 mA AO I.S., 8 Canales, 4 a 20 mA, HART

Tipos de módulos analógicos: Entrada analógica universal - 8 puntos Salida analógica - 4 puntos

Entradas DiscretasDI, 8 Canales, 24 VCD, Aislada Serie 2 DI, 8 Canales, 24 VCD, Contacto SecoDI, 8 Canales, 24 VCD, Contacta SecoDI, 8 Canales, 120 VCA, Aislada DI, 8 Canales, 120 VCA, Contacto SecoDI, 8 Canales, 230 VCA, Aislada DI, 8 Canales, 230 VCA, Contacto SecoDI de Alta Densidad, 32 Canales, 24 VCD, Contacto SecoDI I.S., 16 Canales, Alimentación I.S. de 12 VCD



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Multifunción, 4 Canales, DI o Entrada de PulsosSOE (Secuencia de Eventos), 16 Canales, DI estándar o SOE

Tipos de módulos de entrada digital: 120/240 V c.a. y 24 V c.c. de entrada - 16 punto s Entrada de contactos - 16 puntos

Tipos de módulos de salida digital: 120/240 V c.a. de salida - 8 puntos 24 V c.c. de salida - 16 puntos Salida de relé - 8 puntos

Salidas DiscretasDO, 8 Canales, 120/230 VCA, AisladaDO, 8 Canales, 120/230 VCA, High SideDO, 8 Canales, 24 VCD, Aislada Series DO, 8 Canales, 24 VCD, High SideDO, 8 Canales, 24 VCD, High SideDO de Alta Densidad, 32 Canales, 24 VCD, High Side DO I.S., 4 Canales, Alimentación I.S. de 12 VCD

Alarmas Eventos

Hasta 240 alarmas (20 grupos de 12)

hasta 40,000 etiquetas de eventos

Hasta 64 eventos muestra las ultimas 1000 alarmas

cuenta con 8 niveles de gravedad para distinguir las alarmas

En base a las tablas de comparación anteriores, es notorio que el controlador HC900 es el que más se acopla a las necesidades de la automatización de las columnas de destilación, por aspectos como el tamaño, funcionalidad y costo.

3.2 DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DEL CONTROLADOR HÍBRIDO.

El controlador híbrido HC900 de Honeywell es un controlador lógico y de lazo integrado diseñado específicamente para operaciones con unidades de mediana y pequeña escala.

Cuenta con un conjunto de módulos de software y hardware que se pueden organizar para satisfacer una amplia gama de aplicaciones de control de procesos. El controlador híbrido HC900 puede estar formado por un único bastidor, así como se indica en la Figura 3.1.- Configuración de un controlador HC900 pequeño.

El diseño del controlador HC900 permite organizar un sistema que se adapte a nuestras necesidades, ya que una de las razones por las que se hizo selección de este equipo fue debido a que la configuración se puede modificar o ampliar según las necesidades, de tal forma que durante la configuración inicial y en modificaciones posteriores el controlador HC900, nos proporcione un equilibrio entre costo y rendimiento.



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La configuración de la Figura 3.1 se puede organizar modularmente, con la opción de que muchos componentes son propios de la marca original y algunos pertenecen a otros proveedores, teniendo así un mejor margen de selección de equipo.

El controlador HC900 está preparado para establecer comunicaciones mediante Ethernet con sistemas servidor, como por ejemplo el PlantScape HMI de la misma marca y otros programas de software HMI compatible con el protocolo Ethernet Modbus/TCP.

Figura 3.1.- Configuración de un controlador HC900 pequeño.

3.3. CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE DEL CONTROLADOR

Algunas de las características consideradas para la implementación del controlador son:

• Estructura modular; los componentes se pueden comprar individualmente, según las necesidades.

• La CPU permite establecer conectividad RS-232 y Ethernet. • Fácil de armar, modificar y expandir. • Procesamiento en paralelo: una CPU en cada módulo de E/S realiza el procesamiento

de señales para mantener las velocidades de actualización.

3.3.1 BASTIDOR DEL CONTROLADOR HC900

En la Figura 3.2.- Componentes del bastidor del controlador. se muestra un controlador HC900 ("bastidor local"), el bastidor del controlador incluye:

1. Un bastidor, disponible en versiones que tienen entre 4 y 8 ranuras ó 12 ranuras 2. Una fuente de alimentación eléctrica 3. Un módulo del controlador 4. Barras de puesta a tierra (para el cableado de E/S, opcional) 5. Módulos de entrada/salida 6. Bloques de terminales de E/S

En la Figura 3.3.- Opciones de bastidor. se muestran las diferentes versiones del bastidor donde se puede observar la imagen del bastidor de 12 ranuras, el cual fue nuestra selección para el desarrollo del control de las columnas de destilación, esto fue en base a futuras modificaciones del proceso.



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Figura 3.2.- Componentes del bastidor del controlador.

Figura 3.3.- Opciones de bastidor.

3.3.2 FUENTE DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA

La fuente de alimentación eléctrica P01, que se muestra en la Figura 3.4.- Fuente de alimentación eléctrica., proporciona 5 VC.D. y 24 VC.D. a los conectores del panel posterior de los bastidores local y remoto. La fuente de alimentación eléctrica es idéntica para el bastidor del controlador y para los bastidores de expansión de E/S, para todas las versiones de bastidores (4, 8 y 12 ranuras).

Cada fuente de alimentación eléctrica incluye un fusible interno de 5,0 amperios que no se puede reemplazar en campo.

Elementos que se muestran con números de clave:

1. Puntos de prueba de tensión (sólo en el modelo P01) 2. Bloque de terminales de entrada de c.a.



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3. Etiqueta de cableado 4. Conexión de puesta a tierra (Referencia; la conexión no es parte de la fuente de

alimentación eléctrica, está ubicada en la parte inferior del bastidor.)

Figura 3.4.- Fuente de alimentación eléctrica.

3.3.3 MÓDULO DEL CONTROLADOR El módulo del controlador se muestra en la Figura 3.5, con la puerta protectora con bisagras abierta. Las características del frente del módulo del controlador incluyen:

1. Una batería de litio (debajo de la tapa), de fácil acceso para el cambio en campo. 2. Puerto RS-232; interfaz con la herramienta de configuración del PC, el módem externo

o el dispositivo Modbus. 3. Interruptor de modo (Cierre de programa, Ejecutar/Programa, Cierre de la ejecución). 4. Puerto 10BaseT Ethernet; interfaz para controladores de sistemas interconectados,

Interfaz hombre-máquina y otras redes. 5. Indicador de estado para funciones del controlador. 6. Indicadores de estado para funciones de comunicación.



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Figura 3.5.- Modulo del controlador.

3.3.4 MÓDULOS ENTRADA/SALIDA Están disponibles ocho tipos de entrada/salida:

• Entrada analógica: Modelo C30 - Hasta 96 entradas analógicas; 0,1% precisión de amplitud.

• Salida analógica: Modelo C30 - Hasta 48 salidas analógicas Hasta 512 entradas y salidas (192 para el Modelo C30)

• Tipos de módulos analógicos: Entrada analógica universal - 8 puntos Salida analógica - 4 puntos

• Tipos de módulos de entrada digital: 120/240 V c.a. y 24 V c.c. de entrada - 16 puntos Entrada de contactos - 16 puntos

• Tipos de módulos de salida digital: 120/240 V c.a. de salida - 8 puntos 24 VC.D. de salida - 16 puntos Salida de relé - 8 puntos

Figura 3.6.- Bloques de terminales del módulo de E/S.

Cada módulo de E/S incluye un indicador de estado para el módulo. Los módulos de entradas digitales y de salidas digitales también incluyen un indicador de estado para cada canal. Los bloques de terminales disponibles incluyen el estilo Europeo (a la izquierda en la Figura 3.6) y el estilo de Barrera (a la derecha).

3.3.5 COMPUTADORA PERSONAL

Para crear la estrategia de adquisición de datos y control se necesita una computadora y se utiliza el software de configuración “Hybrid control designer”. El PC también se puede utilizar para descargar/cargar archivos de configuración hacia/desde el controlador y se puede usar para descargar actualizaciones de programas hacia el firmware en los módulos del escáner y/o el módulo del controlador.

Se puede conectar un PC al controlador a través del puerto RS-232 en el módulo del controlador y también se puede conectar en red al controlador a través del puerto de red 10BaseT Ethernet de conectividad abierta.



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3.4 COMUNICACIONES

El enlace RS-232 al módem o a la herramienta de configuración del PC es de hasta 12,7 metros. La conexión Ethernet 10BaseT puede manejar hasta 5 servidores de PC mediante protocolo Modbus/TCP, comunicaciones entre pares con otros controladores HC900 y con Internet.

3.4.1 DISPOSITIVOS DEL MÓDEM RS-232

La herramienta de configuración del PC se conecta desde el conector RS-232 en la parte superior del módulo del controlador a un puerto serie en el PC.

Figura 3.7.- Comunicación con RS232

3.4.2 PUERTOS SERIE (RS232 Y RS485)

Los puertos se pueden configurar como protocolos ELN, Modbus RTU o Modbus TCP. El controlador puede actuar como Modbus maestro o esclavo en cualquiera de los dos puertos. Se puede emplear el software de Hybrid Control Designer de Honeywell ó algún otro software de Interfaz hombre-máquina (HMI); ambos puertos de comunicación funcionan hasta una velocidad de 57.600 baudios. 3.4.3. DISPOSITIVOS ETHERNET/CONSIDERACIONES

Los requisitos de dispositivos Ethernet varían según las aplicaciones. Teniendo en cuenta el uso para el que están destinados, sin embargo, se pueden clasificar en dos categorías:

Componentes de la red Ethernet de conectividad abierta, que establece el enlace entre el controlador híbrido HC900 y los del mismo nivel, a las estaciones de supervisión de Interfaz hombre-máquina y a otros dispositivos 10 Base-T Ethernet compatibles con el protocolo TCP/IP.

3.5 FUNCIONES DE CONTROL

El controlador cuenta un amplio conjunto de bloques de funciones, que incluye:

• PID • Modelo C30: hasta 8 lazos



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• Programadores de puntos de consigna: hasta 8; Perfiles de puntos de consigna: grupo de 99, con hasta 50 segmentos/perfiles; Programadores de puntos de consigna: 1 ó 2; Calendarios de puntos de consigna: hasta 20, con hasta 50 segmentos/calendario.

• Secuenciadores: hasta 4; Secuencias: hasta 20; Pasos por secuencia: hasta 64. • Lógica, lógica rápida • Contadores/Temporizadores • Matemática, cálculos • Selector de señal • Auxiliares • Comunicaciones • Hasta 400 (Modelo C30) bloques configurados por el usuario según la estrategia de

control.

3.6 ALARMAS/EVENTOS • Hasta 240 alarmas (20 grupos de 12) • Hasta 64 eventos

Si se desea mayor información sobre el controlador véase el manual [7].

IMPLEMENTACIÓN


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Capítulo 4 IMPLEMENTACIÓN

IMPLEMENTACIÓN


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4.1.- DIAGRAMA DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN (DTI2).

En la figura 4.1 se observa el Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI) donde se representan los equipos, tuberías y accesorios que intervienen en el proceso. Cabe mencionar que el DTI está elaborado en base a la norma ISA [10]. En base al método ASTM 2892 y a los requerimientos del área de procesos, se determinaron los puntos de donde se obtendrá lectura de las variables de procesos, como es el caso de los indicadores de temperatura y transmisores de presión TI02, TI03 y PT01, que se emplearan para indicar la temperatura del domo, del enfriador y para sensar la presión de vacio respectivamente.

La temperatura de la olla o fondo de columna (TIC01) y la presión (PIC) son variables de gran importancia en el proceso debido a los requerimientos del método de destilación (véase capitulo 2), por lo que se requiere un control de estas, así que se desarrollara el lazo de control respectivo para estas variables y las acciones de control necesarias y correspondientes para las demás variables dentro del proceso de destilación, como son temperaturas, presión y control del tiempo de reflujo/destilado.

2 Para mayor detalle del DTI véase Anexo 7.

IMPLEMENTACIÓN


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Figura 4.1.- Diagrama de tubería e instrumentación de la torre de destilación.

unidad deenfriam

iento

Calentador

A interlock

A interlock

Trampa de ligeros

Colum

na

Valvula dereflujo

Atm

Bom

ba devacion

120 VC

A

IMPLEMENTACIÓN


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4.2.- SUMARIO DE ENTRADAS Y SALIDAS (I/O).

La primera tarea en la implementación del controlador híbrido modelo HC900, a la columna de destilación, es el sumario de entradas y salidas, así que en base al DTI se realizo el conteo de cada una de las entradas analógicas (AI), entradas digitales (DI), salidas analógicas (AO), salidas digitales (DO) y salidas digitales a relevador (DO Relay) según sea el caso. El conteo de entradas y salidas da la pauta para conocer las especificaciones del rack o bastidor, así como el número de tarjetas de I/O que se van a utilizar. La Tabla 4.1 muestra el sumario de entradas y salidas.

Tabla 4.1.- Conteo de entradas y salidas (I/O).

TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O

46TC01 TEMPERATURA DE FONDO DE COLUMNA TERMOPAR TIPO K AI

46TI02 TEMPERATURA DOMO COLUMNA TERMOPAR TIPO K AI

46TI03 TEMPERATURA DE ENFRIADOR TERMOPAR TIPO K AI

46PC01 PRESION DE COLUMNA 4-20mA AI

46SOV01 CONTROL DE SOLENOIDE DO

46PV01 SALIDA A VALVULA DE CONTROL DE PRESION SALIDA A120 VAC AO

46TZ01 SALIDA A CALENTAMIENTO SALIDA A120 VAC DO

Tabla 4.2.- Conteo total de I/O.

TOTAL DE I/O

AI AO DO

4 1 2

Una vez de que se han contabilizado las señales se determina el número de tarjetas que se van a insertar en el rack del controlador. En la Tabla 4.3 se muestran los canales que ofrecen cada tipo de tarjeta y sus características.

Se observa en el conteo de señales que se tienen dos tipos diferentes de entradas analógicas, un tipo de salida analógica y dos tipos de salida digital, por lo que algunas de las tarjetas de entrada y salidas analógicas serán universales, y las tarjetas de salida digital será tipo relay, ya que la planta es pequeña no se justifica tener una tarjeta por cada tipo de señal por que ocuparía más espacio en el tablero y el costo del sistema se incrementaría.

IMPLEMENTACIÓN


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Tabla 4.3.‐ Características de las Tarjetas para el HC900.

4.3.- ARMADO DE GABINETES DE CONEXIONES.

Como parte del control de las columnas de destilación se requiere de la instalación de tres gabinetes, los cuales serán utilizados como tableros de conexiones. El primero es el tablero de control, el segundo es para los transmisores y elementos de potencia, y finalmente el tercero para la conexión de termopares.

TARJETAS DISPOSITIVO

AI AO DI DO RELAY

MODELO 900A01-0102 900B01-0101 900G02-0001 900H01-0102

# TARJETAS 2 2 1 6

4 A CANALES X

TARJETA 8 4 16

4 C

48 A TOTAL DE

CANALES 16 8 16

54 C

120/250 VAC V ENTRADA

RTD, T/C, Ω, mV, V, Ma 10-32 VCC

30 VDC

I ENTRADA 2,3mA 12V 6,9mA 24V

MAX 1mA @ 350 VDC

P BASICA 140mA @ 5V 100mA @ 24V

IMPEDANCIA ENTRADA

10 MΩ PARA T/C Y mV ENTRADA; > 1MΩ PARA V Y 250Ω PARA mA

entrada

CORRIENTE DE SALIDA 0-21,8mA

4 A @250VAC,

30 VDC

IMPLEMENTACIÓN


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4.4.- ALAMBRADO DEL TABLERO DE CONTROL (TABLERO 1)

El tablero de control es el primer tablero a alambrar, en este tablero se encuentran los elementos principales para el control de las columnas, el controlador, las clemas de conexión, contactores, relevadores y demás, los cuales serán mencionados durante la descripción del armado.

El alambrado del tablero de control se comenzó a partir del diseño de distribución de cada uno de los elementos, como se muestra en el diagrama de distribución (anexo 8), de tal manera que una vez instalados todos los elementos del tablero, se comenzó el alambrado, iniciando con la realización de perforaciones para introducir el alambrado de la acometida, termopares y demás. Una vez realizadas las perforaciones se introdujo el cableado y se fijo con ayuda de una brida colocada en las perforaciones.

Una vez teniendo lista la acometida, se alambraron los tres interruptores termo-magnéticos seleccionados para la alimentación de 220 VAC y el interruptor termomagnético de doble polo para la alimentación de 120VAC. (Véase anexos 1 y 2)

La alimentación de 220VAC fue distribuida entre los tres interruptores termomagnéticos, con el fin de disminuir la carga de los relevadores sobre las fases, por lo que al dividir las tres fases se tiene un promedio de 1.25 relevadores por fase, esto directamente a 220VAC, ya que los 8 relevadores restantes se conectaron a una fase y común, ya que los equipos funcionan a 120 VAC. (Véase anexo 4)

La alimentación de 120 VAC se distribuyo a partir de los interruptores que fueron conectados hacia clemas sencillas que son utilizadas como puntos de conexión, dividiendo las clemas para la fase y para el neutro. A partir de estas clemas se hizo la conexión hacia el ventilador y la lámpara, pero también a partir de estos puntos de conexión se alambro hacia las clemas fusible para la protección de los equipos alimentados a 120 VAC como es el controlador y la fuente de 120VAC a 24 VCD.

Figura 4.2.- Conexión de interruptores termomagnéticos (ITM) de 220V y 120V.

Adicionalmente se instalaron clemas tipo fusible para la protección de los transmisores, considerando que en caso de existir una sobre carga se abra el fusible y el transmisor no sea afectado. (Ver Figura 4.3)

IMPLEMENTACIÓN


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Figura 4.3.- Conexión de clemas sencillas y tipo fusible.

Dentro de la sección de alimentación, se encuentra la conexión de las clemas para la tierra, las cuales son utilizadas para la protección del controlador HC900, el cual se conecto a una de estas clemas que son identificadas por su color verde/amarillo.

Figura 4.4.- Clemas para la tierra.

Figura 4.5.- Sección de alimentación eléctrica.

IMPLEMENTACIÓN


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4.4.1- CONEXIÓN DEL CONTROLADOR HC900

En la segunda sección del armado del tablero de control, se llevo a cabo el armado del controlador HC900, de tal forma que la primer parte fue la conexión de la alimentación de 120 VAC del controlador, en donde se tomo la alimentación a partir de las clemas de conexión de la primer parte, ver la Figura 4.6.

Figura 4.6.- Conexión de la fuente del controlador.

Una de las partes más importantes es la conexión de las tarjetas del controlador, donde se conectaron los termopares provenientes del tablero 3, de tal forma que primero se identificaros cada uno de los termopares y posteriormente se conectaron a cada una de las entradas analógicas de las tarjetas en base a la polaridad de los termopares, donde se considero la parte positiva el cable de color amarillo y el rojo en la parte negativa.

La conexión de los termopares se llevo a cabo utilizando las dos primeras tarjetas de entradas analógicas, debido a que estas cuentan solo con 8 entradas, y el número de termopares conectados son 12. Véase diagrama de conexiones anexo 9 y 10.

En la tarjeta del slot 2 además de los termopares se conecto a partir de la entrada 5, el trasmisor de presión y el sensor de vacío, porque proporcionan una señal de 4-20 mA y es considerada como una señal de entrada analógica.

A partir de la entrada 5 se puentearon lo puntos común y en las entradas (IN+) se conecto la señal de los instrumentos. Véase diagrama de conexiones (anexo 10 y 11).

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a) b)

Figura 4.7.- a) Tarjeta de entradas analógicas; b) Tarjeta de entradas analógicas.

En la tarjeta de salidas digitales se conectaron todos los relevadores, ya que estas tarjetas de salida son de gran importancia porque van a proporcionar la señal de control para los relevadores, para esto se utilizaron 2 tarjetas de salida a relevador ya que son doce los relevadores a conectados y las tarjetas tienen una capacidad de 8 salidas a relevador (DORelay). Véase anexo 12 y 14.

La señal que controla a los relevadores se tomo a partir de la salida N.A. (Normalmente abierta) de cada una de las DO relay, de las tarjetas que están en los slots 6 y 7.

Estas salidas se alambraron hacia los relevadores, esto fue después de haber identificado cada una de las salidas y su alambrado con las etiquetas de DO-01 a D0-12, esto con el fin de que en caso de falla poder identificar más rápidamente el direccionamiento del alambrado y saber hacia dónde va cada señal de control.

Figura 4.8.- Alambrado de las salidas a relevador.

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Figura 4.9.- Término del alambrado del relevador.

4.4.2- SECCIÓN DE POTENCIA

En la sección de potencia se encuentra la conexión de los relevadores de estado sólido, los cuales tienen como función el control de la resistencia de calentamiento a distancia y el arranque de la bomba de vacío, además el relé tiene la ventaja de ser activado con poca corriente y ser útil para el calentamiento de las resistencias que consumen una mayor cantidad de corriente, estos relé serán controlados por medio de una señal de control que proviene de las tarjetas DOrelay.

La conexión de los relevadores se llevo a cabo conectando la terminal de conexión 1 del relé, hacia una clema fusible (que sirve de protección), está a su vez se conecta a una de las clemas que están conectadas en una de las fases de 220V y al común, para así trabajar con 120V, la conexión hacia las fases se alternara esto con el fin de dividir la carga de los 12 relevadores, conectando 4 relevadores en cada fase.

La terminal 2 va cableada hacia la placa de conexión del tablero 2, este cable de la terminal 2 está identificado con una franja de color negro que resalta sobre el color del forro del cable, el punto final de conexión de este cable es el primer punto de conexión para una de las resistencias de calentamiento.

La terminal 3+ de los relevadores va conectada hacia la fuente de alimentación de 24VCD, así que debido a la distribución de equipo y por la cercanía a la fuente se alambra directamente a la misma la terminal 3+ del relevador 8, por lo que a partir de este punto se realizaron puentes hacia cada una de las terminales de conexión (+3) de los relevadores.

El punto de conexión 4- del relevador recibe la señal de control a partir de la tarjeta de salidas para relevador. La conexión de cada uno de los relevadores hacia cada una de las salidas de las tarjetas esta en base a la identificación que se les dio al principio de la conexión, coincidiendo el relevador 1 con la salida a relevador (DO-01) ver diagrama eléctrico (anexo 13 y 15), Ver Figura 4.10.

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Figura 4.10.- Conexión del relevador.

Figura 4.11.- Relevadores.

Dentro de la misma sección de potencia se instalo la fuente de alimentación, la cual está alimentada a 120VAC, esta fuente tiene la capacidad de proporcionar hasta 48 VCD, pero en este caso se conecto para trabajar con un voltaje de salida de 24VCD véase anexo 3, ya que 24VCD es la alimentación para los transmisores de presión y relevadores, los cuales van a ser conectados en la terminal de conexión (+3) de un relevador.

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Figura 4.12.- Fuente de alimentación de 120V a 24 V.

4.4.3.- CUARTA SECCIÓN

En la última parte del alambrado del tablero se encuentran las clemas tipo fusible que se utilizan para la protección de los relevadores, en caso de existir una sobrecarga, ya que van conectadas a las clemas de distribución de 220VAC.

Las clemas que se colocaron para la distribución de los 220VAC son de tipo sencillas, la cuales fueron puenteadas con un puente de conexiones que se armo con cable y soldadura, a cada fase de 220V se le asignaron 7 clemas de las cuales se utilizaron seis de cada fase, tres para la conexión directa al tablero de conexiones dos y las otras tres son punto de conexión para alambrar hacia los relevadores.

a) b)

Figura 4.13.- a) Clemas fusible; b) Conexiones a 220 AC

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Figura 4.14.- Sección de Fases y Clemas de fusible.

Al término del alambrado de todas las secciones se obtuvo un tablero como se muestra en la Figura 4.14.

Figura 4.15.- Tablero terminado.

4.5.- CONEXIÓN DE TABLERO 2

El armado del tablero para la conexión de los transmisores y elementos de potencia (tablero 2), se realizo a través del uso de dos placas de conexiones, en la primera y más pequeña se

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conectaron dos transmisores de presión los cuales están identificados con las etiquetas 1 y 2, los transmisores van conectados de la caja de conexión hacia la tarjeta de entradas analógicas en el slot 2, también se conectaron dos salidas analógicas que vienen de la tarjeta del slot 3, las cuales también fueron identificadas y marcadas previamente, estas conexiones se hicieron con cable de calibre 16 esto debido a la poca tensión que va a pasar por los conductores.

En la segunda placa de conexiones se conecto el cable con forro de color, que está conectado a 220VAC siendo así el primer punto de conexión para las resistencias de calentamiento, el segundo punto de conexión es el cable que está conectado a la terminal 2 de la salida del relevador, ya que son los encargados de proporcionar el nivel de corriente requerido para el calentamiento de las resistencias, estas conexiones se identificaron del 1 al 6, que representaran a sus respectivos relevadores.

Para el alambrado se realizaron tres perforaciones, dos en la parte superior del tablero y uno en la parte inferior, para introducir los cables de conexión y se utilizaron bridas para la fijación del cableado.

Véase diagrama de conexiones en anexo 13.

A) B)

Figura 4.16.- A) y B) Conexión del tablero 2.

Figura 4.17.- Vista exterior del tablero 2.

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Una de las partes finales del alambrado eléctrico con respecto al tablero 2, es la instalación de las cajas terminales de conexión, para las resistencias de calentamiento del fondo de columna, tales resistencias trabajaran a un voltaje de 120VAC, motivo por el cual se utilizo cable de calibre 12 a partir del tablero 2 hacia cada una de los contactos, el alambrado se llevo por medio de tuvo conduit hacia su respectivo contacto. El cual queda apto y seguro para la conexión de la resistencia de calentamiento, como se ve en la Figura 4.18.

Figura 4.18.- Caja de conexión para resistencias.

4.6.- TABLERO DE CONEXIONES PARA TERMOPARES (TABLERO 3)

Se realizo el alambrado e identificación de las terminales de termopar tipo “K” en el tablero 3, en este tablero llegan los termopares de la columna y de ahí se alambraron a las tarjetas de entrada analógica (AI), los primeros 8 termopares pertenecen a la tarjeta AI 1 por lo que corresponde al slot 1 y los cuatro restantes van a la tarjeta AI 2, de tal forma que la polaridad de las conexión de termopar sea correcta, identificando el cable amarillo como el de la señal positiva (+) y el cable rojo negativo (-). Los cables de termopar fueron etiquetados del 1 al 12 y también las terminales con vista exterior.

A) B)

Figura 4.19.‐ A) Conexiones internas en el tablero. B) Vista exterior del tablero.

Para el alambrado del tablero 3 se comenzó con la perforación de la parte superior, con el uso de un saca-bocardos de ½” esto para poder introducir el cable de termopares, el cual se

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ajusto a la distancia requerida y posteriormente se coloco una brida de ajuste para mantener fijo el cableado. Véase Figura 4.20.

Figura 4.20.- Brida de ajuste en el tablero 3.

4.6.1.- CONEXIÓN DEL SENSOR DE VACIO

La conexión del sensor de vacio fue relativamente sencilla ya que después de haber sido instalado por el departamento mecánico, se alambro al tablero dos, el cual tiene la placa de conexiones conectada a las tarjetas de entradas del controlador, por lo que solamente se conecto el sensor a la conexión 1. (Véase anexo 5)

Figura 4.21.- Sensor de Presión.

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4.7.- APLICACIÓN DEL SOFTWARE

En esta parte de la aplicación del software se realiza las configuración requeridas para el controlador HC900, esto es instalar el sistema operativo WINDOWS 2000 debido a los requerimientos del PLANT SCAPE el cual es una paquetería y algunos de los programas son: DISPLAY BUILDER para el diseño del HMI, QUICK BUILDER para dar de alta las entradas y salidas y STATION el cual se podrá ver el HMI que maneja el operador, se realiza la instalación del software de redes TCP/IP, así como del HYBRID CONTROL DESIGNER para la configuración de la estrategia de control a utilizar en el columnas de destilación.

4.7.1.- INSTALACIÓN HYBRID CONTROL DESIGNER

Una de las funciones principales de este software es la configuración y comunicación del controlador HC900, también se emplea para la estrategia de control, la cual fue fácil de aplicar ya que se crea atreves de bloques.

A continuación se muestra el procedimiento de instalación:

Figura 4.22.- Pantalla inicial de instalacion del HCD.

En la Figura 4.22 se apreciar la primera ventana que despliega la instalación del HYBRID CONTROL DESIGNER (HCD), la instalación del software es muy amigable y fácil de instalar siguiendo las instrucciones.

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Figura 4.23.- Ventana de Acuerdo de Licencia HCD.

Posteriormente muestra la ventana de acuerdo de licencia (véase Figura 4.23) y enseguida pide el nombre de usuario así como el nombre de la compañía (véase Figura 4.24).

Figura 4.24.- Ventana de información del Cliente.

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Figura 4.25.- Componentes del HC900 a instalar.

En la Figura 4.25 aparece el listado de componentes que instala el software. Cabe mencionar que la versión que se instala es la revisión 4.2 y se requiere el 4.3 por lo que se procedió a instalar la actualización.

Figura 4.26.- Ejemplos configuración.

Posteriormente notifica de la instalación de ejemplos de configuración compatibles para la aplicación de control (véase Figura 4.26).

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Figura 4.27.- Instalación de Firmware

Despliega una notificación sobre la instalación de Firmware (véase Figura 4.27). Posteriormente a eso, finaliza la instalación Figura 4.28.

Figura 4.28.- Finalización de la instalación del HCD.

Como se menciono se requiere de una actualización así que esta se instala de la misma manera, en la Figura 4.29 se muestra las revisiones que se instalaran. Finalizando con esto la instalación del HYBRID CONTROL DESIGNER.

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Figura 4.29.- Actualización.

4.7.2.- CONFIGURACIÓN REQUERIDA PARA LA INSTALACIÓN DEL PAQUETE PLANTSCAPE

Para la ejecución del paquete PLANTSCAPE la PC requiere contar con alguno de los siguientes sistemas operativos: Windows NT, Windows 95 ó Windows 98 con la finalidad de utilizar la computadora como servidor, así que se deberán realizar las configuraciones apropiadas, comenzando por el cambio de sistema operativo ya que se contaba con Windows XP Professional.

Para este fin, se selecciono el Windows 2000 Server y dentro de este se requiere de la configuración del protocolo de redes TCP/IP, el paquete de servicio (Service Pack) de Windows, la pantalla e Internet Explorer 5.5. De lo contrario provocara algún error al momento de instalar el paquete PLANTSCAPE.

4.7.2.1.- INSTALACIÓN DEL SOFTWARE DE REDES TCP/IP

La instalación del software de redes consiste en definir la dirección IP, máscara de subred, servidor DNS preferido, etc. De no instalar el protocolo de redes se tendra error a la hora de instalar el PlantSacape, ya que no ha sido configurado el protocolo de redes TCP/IP (nombre, dominio, IP, máscara de subred, servidor DNS preferido, etc).

Para configurar el protocolo de redes se realiza lo siguiente:

• Se selecciona Inicio → Configuración → Conexiones de red.

• Se selecciona Conexión de Área Local y se selecciona Propiedades.

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• Se selecciona Protocolo de Internet (TCP/IP). Se selecciona el botón de Propiedades.

• Se ingresa la configuración del TCP/IP en la pestaña General.

• Se selecciona Avanzado y se configura la información WINS y DNS.

• Se selecciona OK para cerrar el cuadro “Propiedades del protocolo de Internet”.

• Se selecciona OK para cerrar el cuadro “Propiedades de conexión de área local”. Las características configuradas en la red se muestran en la tabla 4.4.

Tabla 4.4.‐ Configuración de la red.

IP 192.168.1.109

Nombre Plantapiloto

Domain imp.mx

Subnet Mask 255.255.255.0

Gateway 192.168.209.253

Wins 192.100.255.86, 192.100.255.87

DNS 192.100.255.86, 192.100.255.87

4.7.2.2.- APLICACIÓN DEL PAQUETE DE SERVICIO (SERVICE PACK) DE WINDOWS 2000

El paquete de servicio es indispensable para correr la aplicación PLANTSCAPE. Si no se instala, la PC se vuelve inestable. El procedimiento para instalar el Service Pack es el siguiente:

• En Windows, se inserta el CD de PLANTSCAPE.

• Se selecciona el archivo update.exe localizado en el subdirectorio del Service Pack de Windows 2000.

• Se siguen las instrucciones del asistente.

• Una vez terminado, se reinicia la computadora.

4.7.2.3.- CONFIGURACIÓN DE LA PANTALLA

Para que la pantalla pueda desplegar correctamente los colores y las imágenes que maneja el paquete PLANTSCAPE es también necesario configurarla adecuadamente, de lo contrario al intentar correr el programa de instalación del paquete manda un mensaje notificando que

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hay que cambiar la resolución de la pantalla la cual debe de ser de 1024x768 pixeles y 256 colores para realizarlo se lleva a cabo la siguiente secuencia:

• Se selecciona Inicio → Configuración → Panel de control y se abre el cuadro de diálogo “Propiedades de Pantalla”.

• Se selecciona la pestaña de Configuración y se configura en colores: “Color verdadero de 32 bits”.

• Se selecciona Avanzado y se configura el área de pantalla: 1024 por 768 pixeles.

• Se selecciona la pestaña del monitor y se establece la Frecuencia de Actualización al valor más alto que la pantalla pueda soportar.

• Se selecciona Aplicar para efectuar los cambios en la pantalla.

4.7.2.4.- INSTALACIÓN INTERNET EXPLORER 5.5 Ó SUPERIOR

Para el correcto funcionamiento del Sistema RED, es necesario disponer del navegador Interne. Explorer con al menos la versión 5.5. Si se dispone de Internet Explorer, comprobar si la versión instalada es la 5.5 o posterior. En este caso, se contaba con la versión 5.0, por lo que se instalo la versión que está en el CD en el directorio “Internet Explorer”.

4.7.2.5- ACTUALIZACIÓN DEL ARCHIVO HOST DEL SERVIDOR

El archivo host se utiliza para identificar el enlace de comunicaciones del servidor. El archivo host se encuentra en el subdirectorio c:winnt/system32/drivers/etc. Para actualizar el archivo, se utiliza el editor de texto Wordpad y se sigue la siguiente secuencia:

• Se abre el archivo host con Wordpad.

• Se escriben las direcciones IP internas del sistema de control:

127.0.0.1 localhost

200.0.0.1 hsserv

• Se guarda el archivo.

Una vez atendido todos estos puntos, es posible instalar el paquete PLANTSCAPE del cual a continuación se mencionan los pasos de instalación.

4.7.3.- INSTALACIÓN DEL PAQUETE PLANTSCAPE

Con todas las aplicaciones cerradas se procede a inserta el CD de PLANTSCAPE.

Se inicia el asistente de instalación, /server-client/setup.exe, desde el CD. Tal como se muestra en la Figura 4.30.

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Figura 4.30.- Ubicación del ejecutable para la instalación.

• Se selecciona PLANTSCAPE y se selecciona Siguiente.

• Se selecciona el icono de instalación de PLANTSCAPE.

• Se ingresa la licencia del producto.

• Se seleccionan las opciones del servidor que se desean instalar.

• Se selecciona el folder en el que se instala PLANTSCAPE.

• Se selecciona el folder en el cual se desea instalar el PLANTSCAPE Client.

• Se selecciona el folder donde se guardan las pantallas, se elige el preestablecido.

• Se especifica el folder para el archivo de historial del servidor de PLANTSCAPE.

• Se especifica el folder para el archivo de eventos extendidos para el PLANTSCAPE Server.

• Se definen las contraseñas de los operadores, ingenieros y administradores del PLANTSCAPE.

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• Se selecciona el tamaño de papel para las impresiones de los reportes.

• A continuación, se elige el folder preestablecido para los objetos del paquete PLANTSCAPE Server.

• Se selecciona el folder para las herramientas de diagnóstico, se selecciona el folder preestablecido.

• Se selecciona la lista de acrónimos que se desean utilizar.

• Se selecciona el rango de colección de historial para el sistema.

• Se verifica que los detalles de instalación sean correctos y se selecciona Siguiente para iniciar la instalación de PLANTSCAPE.

Cuando se concluye la instalación, se reinicia la computadora, con lo que queda instalado el PLANTSCAPE.

4.8.- COMUNICACIÓN CON EL CONTROLADOR HC900

El controlador HC900 puede ser conectado a una PC estableciendo la comunicación atreves de dos posibles medios, ya sea por el cable nulo (RS-232) ó por un cable Ethernet. A continuación se detallaran ambos casos ya que ambos son empleados.

4.8.1.- CABLE NULO

Como se ha mencionado el controlador HC900 se puede conectar a la PC para lo cual requiere de un cable de módem nulo, este cable puede ser adquirido ó puede ser elaborado. En este caso, se elaborar el cable, conforme a la Tabla 4.5.

Tabla 4.5.- Conexiones de cable de módem nulo.

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Una vez terminado el cable de módem nulo se procedió a conectar una de las partes al controlador HC900 (la de 3 clavijas) y el otro extremo al puerto serie COM1 de la PC.

Antes de establecer comunicación con el controlador se debe verificar la configuración de los puertos series del controlador, estos varían según el modelo. En el caso del modulo C30 este cuenta con dos puertos series S1, S2 y con un puerto Ethernet (véase la Figura 4.31). Los puerto series S1 y S2 pueden ser configurados en RS-232 ó RS-485, dicha configuración es determinada por el dip switch SW1 para el puerto S1 y SW2 para el puerto S2, la configuración se muestra en la Tabla 4.6.

Tabla 4.6.- Configuración del interruptor dip switch de los puertos series.

Figura 4.31.- Puertos que contiene el modulo C30.

Una vez identificado el puerto serie que se utiliza para el RS-232 se procede abriendo el HYBRID CONTROL DESIGNER en el cual se crea un nuevo archivo véase Figura 4.32, donde se escogerá el tipo de controlador, en este caso fue el HC900-C30, de igual forma se selecciona la revisión del controlador.

Figura 4.32.- Nuevo archivo en HCD.

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Figura 4.33.- Configuración de Puerto.

Posteriormente para establecer la comunicación con el controlador se selecciona la pestaña de utilidades, donde en la parte inferior de la ventana se observan los puertos de comunicación, cabe mencionar que el icono de Network aparece a pesar de no estar configurado, se debe configurar para establecer comunicación con RS-232, así que se dirige al COM1 para configurar este puerto, en seguida aparece la ventana de propiedades del puerto en donde se enciende el puerto y se le asigna la velocidad de comunicación, la cual puede ser aut-detectada, todo esto se puede observar en la Figura 4.33.

Figura 4.34.- Obtención IP del Controlador

Pestaña de utilidades

Hacer clic para entrar a propiedades

Propiedades COM1Comprobar comunicación

Selección del puerto

Modo Monitor Network Port Diagnostics

Dirección IP del Controlador

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Una vez configurado el puerto, se cambia el puerto con el que se comunica (COM1) véase Figura 4.34. Se puede comprobar que se está comunicando con el controlador si se presiona el icono Loop Back véase Figura 4.33.

Una vez realizado esto se hace clic en el icono modo monitor y después en Network Port Diagnostics, se verá la dirección IP que tiene el controlador tal como se puede observar en la Figura 4.34.

El objetivo de comunicarlo de esta forma con el controlador es primeramente para verificar el funcionamiento de este ya que de no funcionar se tendría que cambiar. Por otro lado también para obtener la dirección IP del controlador y de esta forma comprobar que sea la dirección IP de fabrica 192.168.1.254 de no ser así obtener la dirección correcta para establecer la conexión por el medio de Ethernet.

4.8.2.- CABLE ETHERNET

Ya que es una comunicación punto a punto se realizo un cable cruzado y la configuración se puede observar en Tabla 4.7.

Tabla 4.7.- Configuración cable.

Pin Función 568A 568B Posición de los pines

1 TX+

Transceive data +

Blanco - Verde

Blanco - Naranja

2 Transceive data -

Verde

Naranja

3 RX+

Receive data +

Blanco - Naranja

Blanco - Verde

4

BDD+

Bi-directional data +

Azul

Azul

5

BDD-

Bi-directional data -

Blanco - Azul

Blanco - Azul

6 RX-

Receive data -

Naranja

Verde

7

BDD+

Bi-directional data +

Blanco - Marrón

Blanco - Marrón

8

BDD-

Bi-directional data -

Marrón

Marrón

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Ya que se cuenta con la dirección IP del controlador (192.168.1.254), se procede a configurar este puerto, para ello se selecciona el icono Network, el cual arrojara la ventana de propiedades véase Figura 4.35, dando la configuración por default.

Figura 4.35.- Propiedades del puerto Network

Se selecciona el nombre dando doble clic y aparecerá una ventana en la cual se puede modificar la dirección IP de ser necesario, el nombre así como el tipo de modulo con el que cuenta el controlador tal como se aprecia en la Figura 4.36. Una vez confirmado que el modulo y la dirección IP del controlador sean los correctos, se puede proceder a comprobar que exista comunicación por este medio dando clic en el icono de Loop Back que se aprecia en la Figura 4.35. Con lo que se asegura la comunicación del servidor al control HC900.

Figura 4.36.- Ventana de Edición del dispositivo

Hacer clic para entrar a propiedades

Propiedades Puerto Network

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4.9.- CONTROL DE LA COLUMNA

El control de las columnas es de gran importancia ya que en esta parte es donde radica el funcionamiento correcto del método de destilación. El control se diseño en el software”HYBRID CONTROL DESIGNER”, en el cual a través de bloques se representan las entradas, salidas, controladores, temporizador, etc. (Véase manual [7]). De tal forma que aquí se ejecutan las acciones para controlar los dispositivos de automatización como la bobina, las resistencias, etc. Estos bloques se direccionan hacia una entrada o salida del controlador según fuese el caso, por ejemplo en caso de ser una entrada de termopar se toman los valores sensados y posteriormente este bloque de entrada se utiliza como indicador para el HMI. En la Figura 4.37 se muestra un bloque de entrada para el sensado de la temperatura de domo.

Figura 4.37.- Temperatura de domo.

En la Figura 4.37 se muestra el bloque de una entrada analógica para un termopar de tipo K, los bloques de entrada se configuraron conforme a las propiedades del tipo de dispositivo del que se toma la información, en la Figura 4.38 se muestra el cuadro de configuración con las propiedades del bloque de temperatura de domo.

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Figura 4.38.- Cuadro de configuración de la T. domo.

Para asignar las propiedades a los bloques de entrada se comienza por designar el tipo de entrada que va a ser este bloque (Termopar, bloque, etc), en este caso un termopar de tipo ‘k’, el siguiente campo a llenar fue la dirección de donde se toma la medición, esto es el numero de rack, modulo y canal, posteriormente se llenan las opciones como la detección de falla de canal, el valor a usar en caso de falla, etc.

En el caso de los bloques de entrada que su valor sensado se utiliza para indicarlo en el HMI, se les conecto una señal analógica, a la cual se le designaron propiedades para poderlas comunicar con el HMI como se ve en la Figura 4.39, algunas de las entradas a utilizar como indicador son la temperatura de domo y la temperatura de Enfriador

Figura 4.39.- Propiedades de la señal analógica.

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4.9.1.- LAZO DE CONTROL DE LA TEMPERATURA DE FONDO DE LA COLUMNA. (OLLA)

Otra de las configuraciones realizadas en el “HYBRID CONTROL DESIGNER” fue el lazo de control de T. Fondo, el cual se formo por un bloque de entrada, un bloque PID que representa el controlador y un bloque de salida proporcional por tiempo.

El bloque de entrada se configuró como se mostró en la Figura 4.40, con respecto al bloque del controlador se proporcionaron un mayor número de propiedades como el algoritmo de control, dirección, el modo inicial de arranque, tipo de set point, constantes de sintonización, etc. como se muestra en la Figura 4.41.

Figura 4.40.- Lazo de control de Temperatura del Fondo.

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Figura 4.41.- Propiedades del PID.

La sintonización del lazo de temperatura, se llevo por medio del método de tanteo véase [6], esto fue modificando el valor de ganancia que es la proporción de la Variación de salida (%) sobre el cambio de las variables medidas (%) que lo causó y el tiempo de RESET o Tiempo Integral, el cual trabaja ajustando la salida del controlador de acuerdo con el tamaño de la desviación (SP vs PV) y el tiempo que dura. Así que la cantidad de medidas correctivas está en función del valor de la ganancia, ocupando este método de tanteo, primero se tomaron los valores con los que se encontraba trabajando el antiguo controlador, una vez introducidos esos valores se realizo una pequeña prueba en la que se observo el comportamiento del lazo de control, conforme a su respuesta se observo que la variable de temperatura se encontraba calentando muy rápido, motivo por el cual se cambio el valor de la ganancia y del tiempo de reset hasta encontrar los valores más adecuados. (Figura 4.42)

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Figura 4.42.- Sintonización de lazo de control.

En este lazo de control se utiliza una salida a relevador por lo que se selecciona un bloque de salida proporcional por tiempo el cual tiene como función el proporcionar una cantidad de tiempo de encendido y apagado de una salida digital a relevador, en un ciclo de tiempo definido por el usuario (véase referencia manual [7]), de tal forma que esta señal de salida es utilizada para el control del relevador ( tiempo de conmutación), por lo que cuando la salida este encendida se envia un pulso de corriente hacia la resistencia que calienta el fondo de la columna, conforme se vaya requiriendo el controlador aumenta la cantidad de pulsos de salida para alcanzar la temperatura o bien disminuyen conforme se vaya alcanzando el valor de set point. En el bloque de salida TPO al igual que los demás bloques se le asignan propiedades como la dirección, el rango de salida, etc.

En la Figura 4.43 se muestra la ventana de configuración para la salida del lazo de control de temperatura de fondo.

Figura 4.43.- Ventana de configuración de la salida del lazo T. Fondo.

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4.9.2.- CONTROL DEL SOLENOIDE.

El control del solenoide es de gran importancia, ya que a través del tiempo de activación del solenoide se toma el destilado o bien en el tiempo de desenergización de la misma, que es el tiempo de reflujo que tiene la columna de destilación. Así que para el control de la misma se diseño el control que se muestra en la Figura 4.44.

Figura 4.44.- Control del Solenoide.

El control de la solenoide inicia con la variable digital “46RD01”, la cual tiene un estado inicial de apagado (OFF) y posteriormente el operador cambia su estado a (ON) para iniciar con el método de destilación y dar pauta para la activación del temporizador “RTMR207”, el cual al momento de ser activado comienza un conteo en incremento, el valor del conteo del temporizador “X”, entra al bloque del comparador el cual compara el tiempo “X” con el tiempo que será proporcionado por el operador “Y”, a través de la variable analógica “46TOFF01”, al momento de que el tiempo “X” sea superior al tiempo “Y” se cumple la condición y el comparador manda una señal de salida ON, que activa la salida a ”DO205” y da inicio al temporizador “RTMR204”. El motivo por el cual se selecciono la condición “X>Y”, es debido a que el conteo del temporizador varia al incrementar en decimales de .2, .3 etc, por lo que al momento de alcanzar el tiempo deseado por el operador hay un desfase de .1 generalmente.

Esta primer parte muestra el control para el tiempo de reflujo, lo que es igual al tiempo que se encuentra desenergizada la solenoide. (Figura 4.45)

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Figura 4.45.- Tiempo de apagado del solenoide.

En la parte de energizado de la solenoide que es el tiempo de destilado, se hizo un funcionamiento similar a la parte de control del tiempo de reflujo, esta parte de energizado de la solenoide comienza al momento que se cumple la condición “X>Y” del comparador “CMPR203” que habilita al temporizador “RTMR204” el cual comienza su conteo y manda ese tiempo al comparador “CMPR206” el cual comparara el tiempo “X” del temporizador “RTMR204” con el tiempo de encendido “Y” que proporciona el operador en la variable analógica “46TON01”, al momento de cumplirse la condición la señal de salida da el pulso de reset para los dos temporizador. Véase Figura 4.46.

Figura 4.46.- Tiempo de encendido de solenoide.

4.9.3.- CONTROL DE PRESIÓN DE VACIO

El control de vacio se hace por medio de un lazo de control formado por la entrada analógica “AI212”, el controlador “PID213” y la salida “AO214”. La función de este lazo es el mantener un vacio en la columna el cual ayuda al método de destilación. Figura 4.47. Además este bloque de PID al igual que el lazo de temperatura se calibro por el método de tanteo.

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Figura 4.47.- Lazo de control de presión de vacío.

Una vez que se cuenta con todos los lazos así como las correspondientes señales, se obtienen e imprimen los listados de las señales, identificaciones (Tag) y variables, también se puede obtener un reporte detallado de la función de bloques, estos dos se pueden contemplar en el anexo 6.

Para ello se dirigirá a FILE-PRINT REPORT PREVIEW tal como se muestra en la Figura 4.48.

IMPLEMENTACIÓN


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Figura 4.48.- Impresión Reporte Previo.

Posteriormente aparece la ventana Imprimir Reporte, en donde se seleccionara “FBD’s” tal como se muestra en la Figura 4.49.

Figura 4.49.- Imprimir reporte.

Enseguida despliega un menú, se selecciona “Modbus Register Map” desplegando un submenú, según lo que se desee imprimir será la selección (Figura 4.50), como se menciono anteriormente los listados de señales, identificaciones (Tag) y variables se pueden observar en el anexos 6.

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Figura 4.50.- Menú y Submenú de FBD's

Este listado servirá para la creación de la base de datos en el QUICK BUILDER. Una vez terminado la parte de control en el “HYBRID CONTROL DESIGNER”, se procede a descargarlo al controlador tal como se muestra en la Figura 4.51.

Figura 4.51.- Descarga al controlador HC900.

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4.10.- BASE DE DATOS PARA EL SISTEMA

Para realizar el control de las columnas de destilación, se creó una base de datos en el software QUICK BUILDER, en donde se crean los puntos de entradas y salidas del sistema con las que se van a trabajar, con esto se relacionan los lazos del sistema HC900, configurados en HYBRID CONTROL DESIGNER, así como las pantallas realizadas en DISPLAY BUILDER. La creación de estos puntos es en base al sumario de entradas y salidas que se realizo a partir del DTI.

Para agregar el canal de comunicación se selecciona el Icono de Channels de acuerdo a la Figura 4.52, despliega dos opciones que se muestran en la Figura 4.53. Una vez seleccionada la opción de agregar ítem despliega la ventana que se muestra en la Figura 4.52 en la cual se selecciona el tipo de canal, para este propósito es el Canal Universal Modbus, y se puede designar el nombre del canal en este caso se dejo con el default, una vez seleccionado lo anterior se le da OK.

Figura 4.52.- Se puede observar la ubicación del icono Channels así como la ventana para agregar Canales dentro del QUICK BUILDER.

Figura 4.53.- Ventana desplegada por QUICK BUILDER al hacer clic derecho sobre los iconos ya sea de Channels, Controllers o Points.

Nombre del Canal

Icono Channels

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Ya que se agrego el canal de comunicación, se asigno el tipo de puerto de comunicación que tendrá el canal creado (Figura 4.54). Se selecciona LANVendor y con este se termina la configuración del canal dentro del QUICK BUILDER.

Figura 4.54.- Asignación del puerto de comunicación que tendrá el canal creado.

Para agregar el controlador se selecciona el Icono de Controllers (Figura 4.55), despliega dos opciones que se muestran en la Figura 4.53. Una vez seleccionada la opción de agregar ítem despliega la ventana que se muestra en la Figura 4.55 en la cual se selecciona el tipo de controlador, (Canal Universal Modbus), se puede designar el nombre del canal en este caso se dejo el default, una vez seleccionado lo anterior se le da OK

Tipos de Puertos

IMPLEMENTACIÓN


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Figura 4.55.- Se puede observar la ubicación del icono Controllers así como la ventana para agregar Controladores dentro del QUICK BUILDER.

Una vez creado el controlador se pueden modificar los parámetros tales como: nombre, descripción, nombre del canal, limite de alarma marginal, limite de alarma de falla, el tipo de device, la dirección IP, la identificación del device y el corrimiento, tal como se muestra en la Figura 4.56. En este caso se crean dos controladores ya que se tienen que asignar a los lazos de control, identificaciones (TAG), Variables; cada uno de ellos es válido solo en una dirección determinada de corrimiento determinado como se muestra en la Figura 4.57.

Nombre del Canal

Icono Controllers

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Figura 4.56.- Parámetros de los controladores, se puede apreciar el cambio de Corrimiento.

Figura 4.57.- Información proporcionada en la ayuda del programa referente a la dirección del CORRIMIENTO.

Para la creación de puntos se selecciona el Icono de Points de acuerdo como se muestra en la Figura 4.58, despliega dos opciones que se muestran en la Figura 4.53 una vez seleccionada la opción de agregar ítem despliega la ventana que se muestra en la Figura

Cambio de Corrimiento

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4.58, en esta pantalla se selecciona el tipo de punto y dependerá del tipo de señal de la entrada estas se pueden apreciar en la Tabla 4.1. Normalmente la opción a seleccionar es Analog Point donde se le asigna el nombre del tag.

Figura 4.58.- Creación de pontos.

En la creación de los puntos se tienen ocho ventanas en las cuales se designan las características de cada punto, estas ventanas son:

• MAIN

• DISPLAY

• ALARMS

• CONTROL

Nombre del Canal

Icono Points

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• AUXILARY

• HISTORY

• SCRIPTS

• USER DEFINED

Figura 4.59.- Características ventana MAIN.

Ventana Actual

120

Icono de direccionamiento

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En este caso solo se empleara la ventana de MAIN, CONTROL e HISTORY.

En la ventana de MAIN se designan los siguientes campos para todos los puntos:

• POINT ID: es donde se designara el TAG de cada punto.

• DESCRIPTION: Una pequeña descripción que representa el punto creado.

• PV SOURCE ADDRESS: dirección de la variable de donde se va a tomar el valor.

• PV SCAN PERIOD: periodo de escaneo a la variable de proceso.

• ENGINEERING UNITS: unidades de ingeniería con las que trabaja este punto.

• 100% RANGE VALUE: Rango que representa el 100%

• 0% RANGE VALUE: Rango que representa el 0%

• DEADBAND (%): valor de banda muerta.

En la Figura 4.59 se muestran las características de la ventana de MAIN con respecto a la PRESIÓN DE LA COLUMNA 46PC01, como se observa a un lado de PV SOURCE ADDRESS hay un icono de direccionamiento; se dará clic en este desplegando una ventana que ayuda a proporcionar la dirección de la variable. En la Figura 4.60 se selecciona entre los controladores antes creados, la selección dependerá si es un lazo, tag o variable en este caso se trata de un lazo de control por lo que se utilizara CONUNI1 el cual tiene un corrimiento 0, también se determina la locación, y esta depende del parámetro a seleccionar, en este caso se trata de un lazo, en seguida va el numero del lazo al que pertenece en el HIBRID CONTROL DESIGNER y por último el parámetro correspondiente, en este caso la variable de proceso (PV).

Figura 4.60.- Direccionamiento de la variable.

En la ventana de Control (Figura 4.61) se designa el direccionamiento origen y destino del setpoint (SP), output (OP) y Mode (MD), del mismo modo que se mostró en el direccionamiento de PV SOURCE ADDRESS, también se asigna el periodo de escaneo en segundos (5 segundos). Se asigna el setpoint del sensor el cual es de 0-0.16 bar en este proceso se utiliza mmHg, y al realizar la conversión se tienen 120mmHg como se muestra en la Ecuación 4.1.- Conversión de bar-mmHg

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Figura 4.61.- Características Ventana de Control. Ecuación 4.1.- Conversión de bar-mmHg

Otras de las propiedades que se les puede dar al los puntos como en este caso, es el tener un historial que como se muestra en la Figura 4.62. Se seleccionan los valores a considerar para el historial que en el caso de los indicadores de alguna variable son la variable de proceso (PV) y el setpoint (SP).

120

Ventana Actual

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Figura 4.62.- Ventana History.

La creación de los demás puntos de control se realizan en forma similar, la diferencia radica en la descripción ID y las características que se le asignen a cada uno, sin embargo, el punto 46SOV01 cambia en su creación ya que en este se selecciona Status Point en la ventana que se muestra en la Figura 4.53 en donde el direccionamiento de la fuente de la variable de proceso se establece como ya se había mencionado en la creación de los puntos anteriores. Aquí se selecciona el número de estados, solo se necesitan 2 de ellos los que se describen como “ON” y “OFF” (Figura 4.63).

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Figura 4.63.- Ventana MAIN de Status Point.

Otra de las ventanas que cambian es la de Control en ella se direcciona la salida, asignando el tiempo de escaneo de esta, el número de estado de salida así como el ancho del pulso tal como se muestra en la Figura 4.64.

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Figura 4.64.- Ventana Control de Status Point.

Este procedimiento se realiza para construir todos los puntos asignados en el HC900 y tenerlos integrados en la base de datos para posteriormente crear el grafico de operación en la HMI.

4.11.- DESARROLLO DEL HMI (HUMAN MACHINE INTERFACE)

El HMI se desarrollo con el software “DISPLAY BUILDER”, y se realiza un grafico que representa el proceso, para esto se diseña las partes representativas del proceso como la

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columna, la olla de calentamiento y demás partes del proceso, en otros casos se tomaron gráficos de la librería del mismo software. Estos gráficos se relacionaron con las variables del procesos, de tal forma que se pueda comunicar el grafico con el valor sensado de los termopares o de los indicadores de presión, para así poder mostrar el estado de las variables de temperatura, presión, etc, en tiempo real, con el monitoreo de estas variables el operador podrá tener una mejor percepción del estado del proceso, y facilita la toma de decisiones.

Para el desarrollo de la HMI se inicia por identificar los gráficos con los que cuenta la librería de formas del DISPLAY BUILDER véase Figura 4.65 dentro de estas librería se tienen los gráficos de la tubería, bombas, tanques, etc, los cuales se utilizan en el diseño de la interface. Una vez identificados los componentes necesarios para el diseño de la HMI, se inicia la creación de la misma.

Figura 4.65.- Librería de formas.

Para el diseño de la HMI se seleccioa el color negro en el fondo de pantalla, deacuerdo a la norma ISA, posteriormente se seleccionan algunos gráficos de la librería de formas véase Figura 4.66 se colocan etiquetas alfanuméricas, para el caso de los indicadores de las variables, posteriormente se realiza la conexión entre cada uno de los gráficos de tal forma que se muestre el proceso en un grafico sencillo.

IMPLEMENTACIÓN


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Figura 4.66.- Selección de gráficos de la librería.

Una vez que se termino la conexión de los gráficos, se inicia con la parte más importante del HMI que es enlazar la comunicación de datos entre el HMI y el controlador, de tal manera que se puedan mostrar los valores de las variables en ciertos puntos indicadores de la interfase, que principalmente son los alfanuméricos, los cuales se editan en su sección de propiedades, y las principales pestañas son “DATA” y “DETAILS”, ya que en ellas se hizo la configuración principal.

La primer pestaña a configurar fue “DETAILS”, en ella se selecciono ‘numeric’ que es la forma en la que queremos que se despliegue el recuadro de indicación, en otros casos se selecciono “date” ya que se va a mostrar la fecha o bien “Time” para indicar la hora véase Figura 4.67.

a) b)

Figura 4.67.- a) Detalles del valor alfanumérico. b) Detalles del valor Date.

La otra ventana configurada fue “DATA”, en la cual se configuró la forma en la que se enlaza con la base de datos, esto fue seleccionando la opción “Point/Parameter”,

IMPLEMENTACIÓN


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posteriormente se pasa a la parte de enlace, de la base de datos donde se direcciono el recuadro alfanumérico hacia el punto que nos interesa visualizar, este punto ya esta creado en la base de datos y recordemos que cada uno de ellos representa una variable o bien algún valor que este en el proceso y sea necesario considerarlo, estos puntos de base de datos se crearon en el “QUICK BUILDER”, una vez seleccionado el punto, se selecciono el tipo de parámetro que va ser este valor alfanumérico, ya sea una variable de proceso (PV), una salida (OP) o bien un set point (SP), véase Figura 4.68.

Figura 4.68.- Direccionamiento.

El enlace de los alfanuméricos se hizo en todos los puntos indicadores de temperatura y presión, así como el estado de activación y desactivación de la solenoide, al término del diseño de la HMI (Figura 4.69)

Figura 4.69.- Desarrollo del HMI.

IMPLEMENTACIÓN


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Una vez que se termino con la parte grafica del HMI, se procedió a tener la estación de trabajo establecido en el software STATION, contenido en la paquetería del PLANTSCAPE. Una vez que abre el software se selecciona la pantalla donde se puede apreciar el funcionamiento ó las fallas que presente el proceso. En el caso de la Figura 4.70 algunos elementos se encuentran en rojo, esto representa que existe alguna falla de comunicación con ellos.

Figura 4.70.- Prueba de funcionamiento de Temperatura en Canasta.

En este caso la falla que presento es debido a que los demás elementos no se encontraban conectados.

En el software STATION se deben configurar las graficas de tendencias, para lo que se tiene que acceder como administrador, para ello solo basta dar clic en la parte inferior de la pantalla donde aparecen las letras Oper, enseguida pedirá el password tal como se muestra en la Figura 4.71.

Figura 4.71.- Password.

IMPLEMENTACIÓN


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Una vez que se haya cambiado de usuario se podrá realizar las modificaciones necesarias. En la ventana de sistema de configuración se selecciona el área de History Collection, el menú se puede apreciar en la Figura 4.72.

Figura 4.72.- Menú de Sistema de Configuración.

IMPLEMENTACIÓN


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Una vez se esté en History Collection se especifican los puntos y los parámetros de los que lleva el historial, tal como se ve en la Figura 4.73.

Figura 4.73.- History Collection.

IMPLEMENTACIÓN


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Posteriormente en TREND se define el tipo de grafico, el intervalo de tiempo, el rango, así como los puntos y parámetros que desplegara. (Figura 4.74)

Figura 4.74.- Configuración TREND.

Con esto y corrigiendo las conexiones del sistema; se puede decir que se ha finalizado con la parte de la configuración del sistema.

COSTO-BENEFICIO


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Capítulo 5

Costo – Beneficio

COSTO-BENEFICIO


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5.1.- COSTOS

A continuación se muestra el presupuesto calculado para este proyecto. Cabe señalar que los precios mostrados a continuación son reales.

En base al análisis previamente hecho se determinaron algunos materiales necesarios para el proyecto tales como las tarjetas para el controlador híbrido HC900, termopares así como el costo de Software.

Tabla 5.1.- Costos de tarjetas empleados de la marca HONEYWELL.

CANTIDAD MODELO DESCRIPCIÓN COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

2 900A01-0102 Véase (pag.31) $ 10,351.00 $ 20,702.00

2 900B01-0101 Véase (pag.31) $ 6,875.00 $ 13,750.00

1 900G02-0001 Véase (pag.31) $ 4,326.00 $ 4,326.00

6 900H01-0102 Véase (pag.31) $ 5,407.00 $ 32,442.00

SUBTOTAL $ 71,220.00

I.V.A. 15% $ 10,683.00

TOTAL $ 81,903.00

A continuación se mostrará el costo de los termopares así como del cable utilizado para su conexión.

Tabla 5.2.- Costos de Termopar tipo K

DESCRIPCIÓN CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL

Termopar tipo K 15 $ 780.00 $ 11,700.00

Metros de cable de extensión para termopar tipo K 8 $ 80.00 $ 640.00

SUBTOTAL $ 12,340.00

I.V.A. 15% $ 1,851.00

TOTAL $ 14,191.00

COSTO-BENEFICIO


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A continuación se mostrará el costo del Software.

Tabla 5.3.- Otros costos.

DESCRIPCIÓN CANTIDAD COSTO COSTO TOTAL

Software (PlantScape) 1 $ 60,000.00 $ 60,000.00

SUBTOTAL $ 60,000.00 I.V.A. 15% $ 9,000.00 TOTAL $ 69,000.00

5.2.- BENEFICIOS

Los beneficios que se obtienen con la automatización de la columna de destilación son:

o El sistema suministra una adquisición automática de datos. La cual posibilita la información durante el proceso de destilación en tiempo real. Así, los registros del método pasan a ser registrados con el mínimo de intervención humana, de forma más rápida, más precisa y con mayor fiabilidad en los datos. Además la posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores (a fin de analizar los posibles errores), gran capacidad de almacenamiento, rápido acceso a la información y toma de decisión.

o Control de variables de acuerdo al método ASTM 2892-03. o Resultados en tiempo real, cálculos confiables y base de datos de las pruebas. o Una HMI para un mejor manejo del operador. Facilitando así la puesta en marcha y

apagado, el control de las funciones manipulables del equipo, comunicación con otros sistemas, información de estado, configuración de la propia interfaz y entorno e Intercambio de datos entre aplicaciones.

o Sistema de ayuda interactivo. o Beneficios Tangibles:

• Todos los datos estarán centralizados en una base de datos. • Las mejoras a la programación se realizan en un solo lugar, evitando la

instalación en cada computadora. • Se pueden hacer informes con los datos en tiempo real. • Se evita el gasto innecesario de papel.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES


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Capítulo 6

Resultados y Conclusiones



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6.1.- RESULTADOS

Se realizó una prueba para comprobar que los elementos de temperatura dentro del proceso funcionan correctamente, esta primera prueba fue en modo manual arrojando las tendencias que se muestran en la Figura 6.1.

Figura 6.1.- Tendencias en de temperatura una prueba.

La línea azul representa la temperatura del fondo de la columna, la cual llegó a ser de 309 °C, cuando el setpoint al que se deseaba llegar era 300 °C.

La línea amarilla representa la temperatura del domo de la columna la cual llegó a ser de 184 °C y por último la línea lila que es la temperatura del enfriador que es de 16 °C.



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6.2.- CONCLUSIONES

Al término de este proyecto se obtuvieron resultados que nos ayudan a presentar el siguiente conjunto de conclusiones:

A través de la implementación del controlador híbrido HC900 en la sección de destilación de plantas piloto del IMP, se encontraron una serie de puntos que beneficiaron al proceso de destilación de crudo, ya que actualmente el procesos se encuentra operando de una forma segura y bajo las condiciones de operación requeridas por los métodos de destilación utilizados en las columnas, cómo lo es en este caso el método ASTM 2892D.

Dentro del desarrollo de este proyecto se elaboró la documentación de ingeniería básica para la instrumentación, como lo fue el DTI en el cual se representa de forma grafica la secuencia de equipos, las tuberías y los accesorios que conforman el proceso de destilación, además de contar con los diagramas eléctricos los cuales sirven de gran apoyo para futuras modificaciones o bien para consultar en posibles fallas.

Además se logro el armado de tres diferentes gabinetes, donde se colocaron algunos dispositivos de control, ayudando así a tener un proceso más seguro y con cierta estética del mismo el tablero.

Anexo a esto el alambrado de la instrumentación de campo, fue realizada de tal forma que en caso de existir una falla en los transmisores o sensores, sea fácil su detección y reemplazo, como es desconectar el equipo dañado y conectar el nuevo, para ello se instalaron las cajas de conexiones, las cuales también cuentan con identificación de los equipos como en el caso de los termopares, y ya no es necesario realizar el seguimiento del cable.

Por otra parte la instalación y configuración del sistema de control logro que se tuvieran una gran cantidad de beneficios como fue la adquisición de datos en tiempo real, mejorando el control del proceso, la creación de una base de datos y el tener un historial, el cual nos puede servir para conocer el comportamiento del proceso y mejorar la toma de decisiones, además de que con la información recabada es más fácil el desarrollo de reportes, también se logro tener una mayor seguridad con la instalación del controlador y una mayor flexibilidad para modificaciones futuras.

Además se desarrollo una HMI, en una maquina de escritorio la cual va a ser el medio con que el operador puede comunicarse o bien tener un mejor entendimiento del proceso, y facilitar la operación del mismo, como es en la parte de puesta en marcha y apagado, ya que se dará la opción de inicio manual o automático, se tendrá un status más preciso debido a la adquisición de datos en tiempo real y por consecuente un mejor control de las funciones manipulables del proceso, finalmente la facilidad de crear reportes debido al historial con el que cuenta el sistema.

ANEXOS


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ANEXOS

ANEXOS


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ANEXO 1.- INTERRUPTOR TERMO MAGNÉTICO, ALIMENTACIÓN 220VAC.

ANEXOS


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ANEXOS


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ANEXO 2.- INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO, 120VAC

Interruptores para control contra cortocircuitos Gamma X-Control

• 2 polo de conmutación • Capacidades desde 0.1A hasta 6A • Sistema de funcionamiento mecánico • En fino acabado blanco de gran resistencia • Respuesta rápida a cortocircuitos • Montaje en riel din de 35mm • Protección para fase y neutro o 2 fases • Respecto a las prestaciones eléctricas, se destaca la nueva línea PLS6, que presenta un poder de

apertura en cortocircuito de 6 kA según IEC 60898, con corrientes nominales de 1 A hasta 63 A, en ejecuciones unipolares, bipolares, tripolares y tetrapolares.

ANEXOS


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Desde el punto de vista de la seguridad, Xpole de Moeller es la única línea de termomagnéticos del mercado que distingue las distintas corrientes nominales de los interruptores, por el color de su maneta. La presencia de colores permite identificar e individualizar con mayor facilidad cada termo magnético, no sólo para hacer más fácil y cómoda su operación, sino sobre todo para que pueda efectuarse de manera más segura.

ANEXOS


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ANEXO 3.- FUENTE DE ALIMETACION 120VAC- 24 VDC

ANEXOS


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ANEXOS


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ANEXO 4.- RELEVADORES DE ESTADO SOLIDO

Modelo 84 136 121

Intensidad (A) 25

Tensión de salida (V) 24-280 V AC

Tensión de entrada 4-32 V DC

Conmutación Cero de tensión

Características:

• Compatible CEM niveles industriales • Protecciones integradas • Comportamiento térmico óptimo • Entrada de mando DC regulada • Elección con o sin tapa protectora • Voltajes en bobina de 4 a 32 VCD

ANEXOS


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ANEXO 5.- TRANSMISOR DE PRESIÓN PARA BAJA PRESIÓN

ANEXOS


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ANEXOS


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ANEXO 6.- REPORTE DE SIGNAL TAG Y VARIABLES.

BIBLIOGRAFÍA

Implementación de un controlador híbrido para la sección de destilación de plantas piloto del IMP Página 110

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[2] CURSO DE QUÍMICA TÉCNICA: INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS, LAS

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ESQUEMAS DE FABRICACIÓN. Wauquier, J.P. Editorial Díaz de Santos, S.A. 1ª Edición, 2004 [5] TECNOLOGÍA Y MARGEN DE REFINO DEL PETRÓLEO. Lluch Urpí, José Editorial Díaz de Santos, S.A. 1ª Edición, 2008 [6] http://www.tiemporeal.es/archivos/AjustetanteoPID.pdf 19/11/09 a las 11:00 p.m. [7] HYBRID CONTROLLER INSTALLATION AND USER GUIDE 51-52-25-107 Honeywell, Revisión: 13 [8] PRINCIPIOS DE CONTROL EN PROCESOS INDUSTRIALES Ing. Benito Atzin de la Cruz. [9] INSTRUMENTACION INDUSTRIAL Antonio Creus Sole

Editorial Alfaomega

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