pi 415 guia contenido 2010-2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTIL

INSTRUMENTOS DE CONTROL PI 415

Autores:

ING. EMERSON COLLADO DOMINGUEZ ING. MAGALI VIVAS CUELLAR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUÍMICA

INDICE Página Sistema de Evaluación 01 Estructura del Informe 02 Reglamento Interno 03 LAB 1 : Instrumentos de Campo 1 04 LAB 2 : Instrumentos de Campo 2 04 LAB 3 : Simulación HYSYS 17 LAB 4 : Sistema SCADA 17 LAB 5 : Controladores PLC 1 17 LAB 6 : Controladores PLC 2 17 LAB 7 : Sintonía de Controladores 17 Anexos 30 SOFTWARE VERSAPRO 54 SOFTWARE HYSYS 54 Laboratorio de Instrumentos de Control – PI 415.


SYLLABUS REGIMEN : PRE-REQUISITO : EE – 101 Ing. Eléctrica PI – 144 Transferencia de Masa OBJETIVOS : Mostrar las bondades tecnológicas de la Instrumentación Industrial, diseño y

selección. Transmisores. Tipos de controladores. Válvulas, diseño y selección. Modos de control. Estrategias de control. Sistema de control en unidades de Procesos Industriales.

TEXTO : Instrumentos Industriales. Antonio Creus. Edit Marcombo. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS - Separatas del Curso, Ing. Emerson Collado, Ing. Magali Vivas - CD del Curso en versión Powerpoint – Autores Ing. Emerson Collado, Ing. Magali Vivas - Handbook of applied Instrumentation Considine - Process control System. F.G. Shinskey PROGRAMA ANALITICO (PARTE TEORICA) 1. Primera Semana

Capitulo 1: Introducción a la Automatización Industrial. Elementos de un sistema de control. Criterios de diseño de un sistema de control. Tipos de sensores en la Industria de procesos. Características de los instrumentos de control. Sistematización de Procesos Químicos y de Sistemas de Control. Sistema HMI.

2. Segunda Semana

Capitulo 2: Terminología y simbología en Instrumentación. Terminología: rango, span, exactitud, precisión, zona muerta, sensibilidad, repetibilidad, histéresis, otros. Simbología de los instrumentos según la norma de la ISA.

3. Tercera Semana

Capitulo 3: Medidores de Flujo. Clasificación. Diseño y selección. Uso de software de diseño. Medidores basados en la presión diferencial. Medidores tipo vortex. Elementos de medidas basados en la velocidad: turbina. Magnético, volumétricos, sonicos. Medidores de flujo másico.

Capitulo 4: Medidores de Temperatura.

Clasificación. Termocuplas. Características. Termómetros de Resistencia. Termistores. Termómetros. Bulbo. Bimetalicos.

4. Cuarta Semana

Capitulo 5: Medidores de Presión. Clasificación. Medidores Bourdon, de Diafragma, fuelle.

Capitulo 6: Medidores de Nivel.

Clasificación. Sensores: capacitivo, conductivos, hidrostático, ultrasónico, electro mecánico. Laboratorio de Instrumentos de Control – PI 415.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUÍMICA 5. Quinta Semana

Capitulo 7: Medidores de Variables Misceláneas. Sensores de pH, conductividad, humedad relativa, densidad, oxígeno disuelto, ORP, analizadores on line: cloro, turbidez, dureza, sílice, eliminadores de oxigeno, etc. Analizadores de metales.

6. Sexta Semana

Capitulo 8: Válvulas de Control. Diseño y selección. Ecuaciones para fluidos líquidos, gas, vapor. Problemas de dimensionamiento. Uso de software de selección.

7. Séptima Semana

Capitulo 9: Transmisores. Descripción. Transductores. Características de los transmisores de flujo. Temperatura, presión, nivel, etc. Convertidores: tipo señal. Reconocimiento de señales eléctricas, neumáticas, otros. Señales de transmisión. Transmisores inteligentes. Telemetría.

8. Octava Semana. Exámen Parcial. 9. Novena Semana

Capitulo 10: Controladores. Descripción. Tipos de controladores. Características de un PLC-Controlador de Lógica Programable. Programación Ladder. Señales discretas: tipos de datos, función relay. Uso de temporizadores, contadores, memorias SET y RESET. Lista de instrucciones. Programación de entradas y salidas discretas, contactos y bobinas. Problemas de aplicación.

10. Décima Semana

Capitulo 10: Controladores. (Continuación) Descripción señales análogas: tipos de datos, referencias de usuario, funciones matemáticas, función conversión, función relación, función move, función control. Técnicas de programación de un PLC: escalamiento de señales, aplicaciones en equipos: hornos, columna de destilación, etc.

11. Décima Primera Semana

Capitulo 11: Modos de Control. Modos de Control: Control on-off, control Integral, control derivativo, control PID. Técnicas de sintonización de controladores. Métodos de ajuste. Concepto de acción directa, acción inversa.

12. Décima Segunda Semana

Capitulo 12: Estrategias de control. Estrategias de control: control por retroalimentación, control de acción adelantada, control en cascada.

13. Décima Tercera Semana

Capitulo 12: Estrategias de control. (Continuación) Control de relación. Control de punto final. Control adaptivo, control de rango compartido. Etc. Aplicaciones en industrias de Proceso.

Laboratorio de Instrumentos de Control – PI 415.


14. Décima Cuarta Semana

Capitulo 13: Control de procesos. Control de procesos que involucren la transferencia de cantidad de movimiento. Control de procesos que involucren transferencia de masa. Control de Procesos de equipos de transmisión de calor.

15. Décima Quinta Semana

Capitulo 14: Sistema FIELDBUS. Protocolo FIELDBUS. Beneficios de FIELDBUS. Lenguaje de Programación. Aplicación en Laboratorio de Automatización. Configuración de Software.

16. Décima Sexta Semana. Examen Final. 17. Décima Séptima Semana. Examen Sustitutorio. Laboratorio de Instrumentos de Control – PI 415.


Laboratorio de Instrumentos de Control – PI 415 1

LABORATORIO DE INSTRUMENTOS DE CONTROL PI 415

PI 415 B Martes de 12:00 h a 15:00 h PI 415 A Miércoles de 10:00 h a 13:00 h

SISTEMA DE EVALUACIÓN

En el presente Semestre la evaluación se hará de la siguiente manera:

7 LABORATORIOS 3 PRACTICAS CALIFICADAS LAB1 : Instrumentos de Campo 1 PC 1 : Diseño de Placa Orificio y válvulas LAB2 : Instrumentos de Campo 2 PC 2 : Controladores PLC LAB3 : Simulación HYSYS PC 3 : Estrategia de Control LAB4 : Sistema SCADA LAB5 : Controladores PLC 1 LAB6 : Controladores PLC 2 LAB7 : Sintonía de Controladores

Se elimina 1 nota de Laboratorio. PROMEDIO LAB = ( 6 LAB + 3 PC ) / 9

CRONOGRAMA

Semana Actividad Fechas Sección B Sección A

1 Introducción 24/08/10 25/08/102 LAB1 (Instrumentos de Campo 1) 31/08/10 01/09/103 LAB2 (Instrumentos de Campo 2) 07/09/10 08/09/104 Seminario : Diseño de Placa Orificio y Diseño de Válvula de Control 14/09/10 15/09/105 Práctica Calificada 1 (Diseño de Placa Orificio y de Válvula de Control) 21/09/10 22/09/106 LAB3 (Simulación HYSYS) 28/09/10 29/09/107 LAB4 (Sistema SCADA) 05/10/10 06/10/108 EXAMENES PARCIALES 11/10/10 16/10/109 Workshop Programa Ladder (VERSAPRO) 19/10/10 20/10/10

10 LAB5 (Controladores PLC 1) 26/10/10 27/10/1011 LAB6 (Controladores PLC 2) 02/11/10 03/11/1012 LAB7 (Sintonía de Controladores) 09/11/10 10/11/1013 Práctica Calificada 2 (Controladores PLC) 16/11/10 17/11/1014 Seminario : Estrategia de Control 23/11/10 24/11/1015 Práctica Calificada 3 (Estrategia de Control) 30/11/10 01/12/1016 EXAMENES FINALES 06/12/10 11/12/10

Agosto 2010



ESTRUCTURA DEL INFORME GRUPAL DE LABORATORIO

I. Carátula II. Indice III. Sumario

• Hoja de datos • Resultados, cálculos, gráficos, etc. • Observaciones, conclusiones, sugerencias.

IV. Referencias Bibliográficas

• Textos utilizados • Revistas especializadas • Catálogos

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Paper de Instrumentos de Control Collado Emerson; Vivas Magali 2. Instrumentos para la medición y control......................................Holzbock, E.G. 3. Measuring Instruments.................................................................Carrol Grady, C. 4. Encyclopedia of Instrumentation and Control…………………..Considine 5. Industrial Instruments for Measurements and Control………….Rhodes 6. Industrial Instrumentation……………………………………….Soisson, Harold 7. Instrumentos Industriales………………………………………..Creus Sole, A. 8. Handbook of Applied Instrumentation………………………….Considine 9. Automatic Control Process………………………………………Murril, Paul 10. Proccess Control Systems………………………………………..Shinskey, F.G 11. Medición de flujo: placas de orificio, toberas……………………Villalobos 12. Instrumentos de Control…………………………………………Neglia, Gregorio 13. Revista “Chemical Engineering” 14. Revista “Hydrocarbon Processing”



REGLAMENTO INTERNO 1. Cada práctica de laboratorio se realizará en grupos. El número e integrantes de cada

grupo se establecerá la primera semana de clase. 2. El (los) alumno (os) que ocasione (en) desorden o tengan un mal comportamiento serán

retirados del laboratorio y será considerado como no presente. 3. Se admite una tolerancia de 10 minutos contados a partir de la hora fijada para la

iniciación de la práctica. Transcurrido ese tiempo, por ningún motivo el alumno podrá ingresar al laboratorio y será considerado como no presente. Durante los primeros 10 minutos de tolerancia, el alumno deberá rendir un test correspondiente al tema a tratar en la práctica de laboratorio programada.

4. Es obligatorio usar un guardapolvo y un cuaderno de apuntes para anotar sus

observaciones durante la realización de la práctica de laboratorio.

5. El material que se solicita al almacén, es bajo responsabilidad del solicitante. Si se rompe o malogra, el alumno (o integrantes del grupo) deberá reponer o reparar el material.

6. Los informes serán presentados por grupos y deben ser entregados en la siguiente

semana durante el horario al ingresar al laboratorio antes de iniciar el tema correspondiente.

7. Los informes en los cuales se descubra copia, alteración de datos, etc. serán calificados

con nota cero.

8. La evaluación consiste en 07 prácticas de Laboratorio y 03 prácticas calificadas. Se elimina el 01 nota de las prácticas de Laboratorio. El promedio final de prácticas del Curso se obtiene considerando un total de 09 notas.

Cada Práctica de laboratorio o Práctica calificada será evaluada sobre 20 puntos como máximo, para el caso de las prácticas de Laboratorio se considera: Test 08 puntos

Desempeño 06 puntos Informe 06 puntos

Los Profesores



LABORATORIO N° 1. INSTRUMENTOS DE CAMPO 1

A. OBJETIVOS

1. Identificar los diferentes tipos de señales de transmisión. 2. Reconocer la transmisión de señales de los Instrumentos de Campo al PLC. 3. Realizar escalamiento de señales de los Instrumentos de Campo (sensor/transmisor). 4. Reconocimiento de las partes de los Instrumentos de Campo (sensor/transmisor).

B. FUNDAMENTO TEORICO INSTRUMENTOS DE CAMPO: Son los dispositivos (elemento de medición primario o sensores, elemento de transmisión o transmisor y elemento final de control) que proporcionan información y control en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc. ELEMENTO DE MEDICIÓN PRIMARIO (SENSOR): Son dispositivos que proporcionan información de: caudal, temperatura, presión, nivel o otras variables misceláneas como pH, dureza, conductividad, etc.. TRANSMISOR: Es un instrumento que capta la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. En la figura 1 se muestra la conexión eléctrica de un transmisor (entrada).

CARGA (PLC)

FUENTE 24 VdC

TRANSMISOR

Sensor

PC

Amperímetro

Figura 1. Esquema de transmisión de la señal de un elemento de medición primario.

TIPOS DE SEÑALES DE TRANSMISIÓN: Existen varios tipos de señales de transmisión: neumáticas, electrónicas, hidráulicas y telemétricas. Las más empleadas en la industria son las dos primeras, las señales hidráulicas se utilizan ocasionalmente cuando se necesita una gran potencia y las señales telemétricas se emplean cuando hay una distancia de varios kilómetros entre el transmisor y el receptor.



Los Transmisores neumáticos generan una señal neumática variables linealmente de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) para el campo de medida de0-100% de la variable. Esta señal está normalizada por la SAMA –Asociación de fabricantes de instrumentos (Scientific Apparatus Makers Association) y ha sido adoptada en general por los fabricantes de transmisores y controladores neumáticos en Estados Unidos. En los países que utilizan el sistema métrico decimal se emplea además la señal 0,2-1kg/cm2, que equivale aproximadamente a 3–15psi (3psi=0,21kg/cm2, 15psi=1,05kg/cm2). Los Transmisores eléctricos generan varios tipos de señales: 4-20 mA c.c., 1-5 mA c.c., 10-50 mA c.c., 0-5 mA c.c., -5 mA c.c., 0-20 mA c.c., 1-5 V c.c. Entre estas señales, las más empleadas son 4-20 mA c.c., 10-50 mA c.c., y 0-20 miliamperios c.c y en panel 1 a 5V c.c. Señalemos que esta discrepancia entre los distintos fabricantes hace que algunos tipos de instrumentos estén preparados para un fácil cambio del valor de la corriente de salida. La señal electrónica de 4 a 20 mA c.c. tiene un nivel suficiente y de compromiso entre la distancia de transmisión y la robustez del equipo. Al ser continua y no alterna, elimina la posibilidad de captar perturbaciones, está libre de corrientes parásitas, emplea sólo dos hilos que no precisan blindaje y permite actuar directamente sobre miliamperímetros, potenciómetros, calculadores analógicos, etc. Sin necesidad de utilizar rectificadores ni modificar la señal. La relación de 4 a 20 mA c.c. es de 1 a 5 la misma razón de 3 a 15 psi en la señal neumática y el nivel mínimo seleccionado de 4 mA elimina el problema de la corriente residual que se presenta al desconectar los circuitos a transitores. La alimentación de los transmisores puede realizarse con una unidad montada en el panel de control y utilizando el mismo par de hilos del transmisor. El “cero vivo” con que empieza la señal (4mA c.c.) ofrece las ventajas de poder detectar una avería por corte de un hilo (la señal se anula) y de permitir el diferenciar todavía más el “ruido” de la transmisión cuando la variable está en su nivel más bajo. Nótese que el nivel mínimo de la señal neumática de salida no es cero, sino que vale 3 Psi (0,2 kg/cm2). De este modo se consigue calibrar correctamente el instrumento, comprobar su correcta calibración y detectar fugas de aire en los tubos de enlace con los demás instrumentos neumáticos. CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS: Se ha visto que los instrumentos industriales pueden medir, trasmitir y controlar las variables que intervienen en un proceso. En la realización de todas estas funciones existe una relación entre la variable de entrada y la de salida del instrumento. Por ejemplo: presión del proceso a lectura de presión en la escala de un manómetro; temperatura real a señal de salida neumática en un transmisor neumático de temperatura; señal eléctrica (4-20 mA c.c.) de entrada a señal neumática de salida en un convertidor I/P (intensidad a presión); señal de entrada neumática a posición del vástago del obturador en una válvula de control; nivel de un tanque a señal eléctrica estándar en un transmisor electrónico de nivel, etc.



En la figura 2 pueden verse estas funciones en varios tipos de instrumentos. Así pues, un instrumento o una de sus partes pueden considerarse como dispositivos de conversión de señales (transductores) que pasan de una variable de entrada (presión, caudal, nivel, temperatura, posición, pH, conductividad, etc.) a una o varias de las siguientes funciones de salida: indicación de la variable de entrada, lectura de un índice o de una pluma de registro; transmisión de la variable de entrada en señal neumática o eléctrica; fijación de la posición de una palanca o de un vástago de una varilla interna del instrumento o del vástago del obturador de un válvula. Existirá pues, una correspondencia entre la variable de entrada y la de salida, representando esta última el valor de la variable de entrada. Siempre que el valor representado corresponda exactamente al de la variable de entrada el instrumento estará efectuando una medición correcta. Ahora bien, en la práctica, los instrumentos determinan en general unos valores inexactos en la salida que se apartan en mayor o menor grado del valor verdadero de la variable de entrada, lo cual constituye el error de la medida. El error es universal e inevitable y acompaña a toda medida, aunque ésta sea muy elaborada, o aunque se efectúe un gran número de veces. Es decir, el valor verdadero no puede establecerse con completa exactitud y es necesario encontrar unos límites que lo definan, de modo que sea práctico calcular la tolerancia de la medida.

Figura 2. Relación salida-entrada en varios tipos de instrumentos.

Un instrumento representativo, se considera que está bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable y el valor indicado o registrado o transmitido, está comprendida entre los límites determinados por la precisión del instrumento. En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de la variable comprendidos dentro del campo de medida, y los valores de lectura del aparato, es lineal. En la figura 3 puede verse esta relación.



En particular, si el instrumento es un transmisor neumático, cuando el índice adopta las posiciones 0, 50, 100% de la escala, las señales de salida correspondientes son 3, 9 y 15 Psi respectivamente. Si el instrumento fuera electrónico, las señales de salida serían: 4, 12 y 20 maA c.c., respectivamente.

Figura 3. Relación de calibración

C. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y/O DISPOSITIVO Para el desarrollo del presente laboratorio se cuenta con los siguientes Instrumentos de Campo: Transmisor de presión de Aire, Transmisor de caudal volumétrico (DPCell), Transmisor de temperatura, Transmisor de nivel y Transmisor de pH Transmisor de presión de Aire

Figura 4. Esquema del transmisor de presión instalado.

Units 0

5030 40 6070

100 80 90 20

TRANSMISOR

Sensor

Línea de Aire

B

C

D

A

0

100%

50%

100% 50%

Lectura

Variable real Intervalo de medida



Transmisor de caudal volumétrico (DPCell).

Figura 5. Esquema del transmisor de caudal instalado. Transmisor de Temperatura.

TRANSMISOR

Termocupla

PLC

A

Magneto

AgitaciónCalentamiento

Pantalla visual

Figura 6. Esquema del transmisor de temperatura.

TRANSMISOR

Sensor

PLC A

B

D



Transmisor de nivel.

TRANSMISOR

Sensor de Nivel

PLC

Bomba de descarga de Liquido

Columna de absorción A

Ingreso de liquido

Ingreso de aire

TANQUE B

Figura 7. Esquema del transmisor de nivel. Transmisor de pH.

Electrodo de pH

Deflectora

Salida de Efluente

Pared

TRANSMISOR PLC

PANEL DE CONTROL DE pH (A)

Figura 8. Esquema del transmisor de pH.

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se realizara el procedimiento de un Transmisor que le asigne el profesor(a) (D.1 – D.6)

D.1 Transmisor de presión. Ver figura 4 1. Encendido del compresor de aire, realizado por el responsable de laboratorio. 2. Purgar las líneas de aire, abrir la válvula A hasta eliminar el agua y luego

cerrarla. 3. Abrir la válvula B lentamente, hasta fijar un valor de lectura P1 en el manómetro

C. 4. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, el % leido en el transmisor D y

las cuentas leídas en el PLC correspondientes al valor P1. 5. Repetir los pasos 3 y 4 hasta el máximo valor de presión del manómetro C.

D.2 Transmisor de caudal. Ver figura 5

1. Encender la bomba de agua B, pulsando el boton verde (ON) 2. Fijar un caudal Q1 en el Rotámetro A.



3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, el % leido en el transmisor C y las cuentas leídas en el PLC correspondientes al valor Q1.

4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta el máximo valor de caudal del rotámetro A.

D.4 Transmisor de temperatura. Ver figura 6 1. Encender el sistema A, calentando con agitación. 2. Anotar el valor de la temperatura (T°C). 3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, y las cuentas leídas en el PLC

correspondientes al valor de temperatura. 4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta un valor de 60°C.

D.5 Transmisor de nivel. Ver figura 7

1. Alimentar de líquido la columna de absorción A. 2. Fijar un nivel (cm) en el tanque B. 3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, y las cuentas leídas en el PLC

correspondientes al valor de nivel anotado en 2. 4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta el máximo valor de nivel en el tanque B.

D.6 Transmisor de pH. Ver figura 8

1. Encender el panel de control de pH (A). 2. Leer el valor inicial de pH. 3. Anotar la corriente (mA) leída en el multímetro, y las cuentas leídas en el PLC

correspondientes al valor de pH anotado en 2. 4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta el un valor de pH = 7.

E. INFORME Según el modelo presentado, en: III. Sumario Gráficos: Para Transmisores/Sensores: Graficar Variable medida (°C, psi, LPM, cm) vs mA Graficar Variable medida (°C, psi, LPM, cm) vs cuentas Resultados:

• Realice un esquema del circuito eléctrico de los transmisores empleados. • Determine el estado de calibración del transmisor empleado (De los gráficos °C vs

mA, psi vs mA, LPM vs mA, cm vs mA). • Incluir artículo sobre Transmisores.

F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 2 Transmisores, Cap 10 Calibración de los instrumentos. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 7. Control Communications. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es




HOJA DE DATOS

Grupo N° __

TRANSMISOR DE FLUJO (EQUIPO DE FLUJOS DE FLUIDOS)

N° FLUJO (L/min) mA Cuentas Observaciones 1 2 3 4 5

TRANSMISOR DE NIVEL (EQUIPO COLUMNA DE ABSORCION) N° NIVEL (cm) mA Cuentas Observaciones 1 2 3 4 5

TRANSMISOR TEMPERATURA

N° TEMPERATURA (°C) mA Cuentas Observaciones 1 2 3 4 5

TRANSMISOR DE PRESION AIRE (LINEA TUBERIA)

N° PRESION (Psig) mA Cuentas Observaciones 1 2 3 4 5

V°B° Profesor(a) ________

Adjuntar esta hoja en el informe Fecha: __ / __ / __




A. OBJETIVOS

a. Identificar los diferentes tipos de señales de transmisión. b. Reconocer la transmisión de señales de los Instrumentos de Campo al PLC. c. Realizar escalamiento de señales de los Instrumentos de Campo (Válvula de control). d. Reconocimiento de las partes de los Instrumentos de Campo (Válvula de control).

B. FUNDAMENTO TEORICO ELEMENTO DE CONTROL FINAL: Son dispositivos que realizan acciones de

control ó regulación en un lazo o bucle de Control. En la figura 1 se muestra la conexión eléctrica de un elemento de Control final (Salida).

Figura 1. Esquema de transmisión de la señal a un elemento de Control final.

La Válvula de Control es el elemento final de regulación comúnmente utilizado en todo bucle de control. Puede decirse que es básicamente, un orificio de restricción variable y su función consiste en modular, de acuerdo con una señal, el caudal de un fluido de proceso, de forma tal que se mantenga el equilibrio del sistema. La señal que hará variar la apertura o cierre de la válvula y consecuentemente el caudal, puede ser generada en la propia válvula, en cuyo caso hablaremos de válvulas auto reguladoras o por un elemento externo normalmente un controlador. Las partes de la Válvula de Control se señalan en la figura 2.



Figura 2. Partes de la Válvula de Control El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido. La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas el porcentaje de caudal máximo bajo una presión diferencial constante y como ordenadas la carrera del obturador de la válvula. Las curvas características (figura 3) más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual, siendo las más importantes estas dos últimas. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa y Saunders.

Figura 3. Curvas Características de la Válvula de Control.

Las curvas características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la característica de la válvula. En la figura 4 pueden verse varios tipos de obturadores cuya forma y mecanización determina esta característica. Hay que señalar que en la mayor parte de las válvulas que trabajan en condiciones reales, la presión diferencial cambia cuando varía la apertura de la válvula, por lo cual la curva real que relaciona la carrera de la válvula con el caudal, se aparta de la característica de caudal inherente. Esta nueva curva recibe el nombre de característica de caudal efectiva.

Actuador

Cuerpo

Asiento



Como la variación de presión diferencial señalada depende de las combinaciones entre la resistencia de a tubería, y las características de las bombas y tanques de proceso, es evidente que una misma válvula instalada en procesos diferentes presentará inevitablemente curvas características efectivas distintas.

Figura 4. Tipos de Obturadores para Válvulas Neumáticas.

Posicionador El Posicionador es un controlador proporcional de posición con punto de consigna procedente del controlador, variable entre 3 y 15 psi. El posicionador es un instrumento neumático del tipo de equilibrio de fuerzas. Generalmente hay posicionador electro neumático digital. El posicionador compara la señal de entrada con la posición del vástago y si ésta no es correcta (existe una señal de error) envía aire al servomotor o bien lo elimina en el grado necesario para que la posición del vástago corresponda exactamente o bien sea proporcional a la señal neumática recibida. Las fuerzas de desequilibrio que actúan en la válvula de control influyen en la posición del vástago de la válvula y hacen que el control sea errático e incluso inestable. Estas fuerzas son esencialmente las siguientes: 1. Fuerza de rozamiento del vástago al deslizarse a través de la empaquetadura, variable

según que el vástago este en movimiento o parado y según el estado de su superficie. 2. Fuerza estática del fluido sobre el obturador que depende de la presión diferencial

existente, o sea, del grado de abertura de la válvula y de las presiones anterior y posterior a la misma.

Estas fuerzas pueden compensarse empleando el posicionador. C. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y/O DISPOSITIVO Para el desarrollo del presente laboratorio se cuenta con las siguientes Válvulas de Control instaladas en los siguientes equipos:

- Evaporador de simple efecto - Reactor Enchaquetado



Evaporador La válvula de control instalada en la entrada de flujo de vapor que ingresa al evaporador es una válvula con actuador neumático y un posicionador I/P.

a) b)

Figura 5. a) Evaporador b) Válvula de control. Reactor La válvula de control instalada en la entrada de flujo de vapor que ingresa al reactor es una válvula con actuador neumático y un posicionador I/P.

a) b) Figura 6. a) Reactor b) Válvula de control.



D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se realizara el procedimiento que le asigne el profesor(a) de una Válvula de Control (D.1).

D.1 Válvula de Control. La siguiente práctica se puede realizar en los siguientes equipos de laboratorio: intercambiador de calor, evaporador o reactor de tanque agitado. En cada uno de los cuales se encuentra instalada una Válvula de Control. Una vez dispuesto el equipo a utilizar, seguir los siguientes pasos:

1. Observe las partes de una válvula de control: actuador, cuerpo de la válvula,

asiento de la válvula, posicionador. 2. Anotar las especificaciones técnicas de las válvulas, que se encuentran en la

placa. 3. Visualize el programa ladder para el escalamiento de señal de la válvula y

verifique el % de abertura de la válvula con el número de cuentas indicado en el PLC, anote la corriente (mA) leída en el multímetro. (Ver Figura 7 y 8).

4. Identificar las tomas de presión corrientes arriba (P1) y corrientes abajo (P2) en cada una de las válvulas y el tipo de medidor de flujo de vapor condensado en cada equipo (Ver Figura 8).

Escala

Vastago

Figura 7. Vástago de la Válvula de Control del Reactor.

Figura 8. Válvula de Control del Reactor.



Programa para Caracterizar la válvula del Control, dar valores en cuenta para %AQ00001 (PLC ).

E. INFORME Según el modelo presentado, en: III. Sumario Gráficos: Para Válvula de Control Graficar %Abertura vs mA Graficar %Abertura vs cuentas Resultados:

• Realice un esquema del circuito eléctrico y neumático de la válvula - controlador. • Determine el estado de calibración de la válvula de control (Del gráfico %

abertura vs cuentas). F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 2 Transmisores, Cap 10 Calibración de los instrumentos. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 7. Control Communications. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es




HOJA DE DATOS

Grupo N° __

VÁLVULA DE CONTROL DE _______________________

N° de Cuentas en

el PLC % Abertura

válvula mA P1 P2 Masa (Kg) Observaciones

4000 8000

10000 16000 24000

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

N° de Cuentas en

el PLC % Abertura

válvula mA P1 P2 Masa (Kg) Observaciones

4000 8000

10000 16000 24000

V°B° Profesor(a) ________

Adjuntar esta hoja en el informe Fecha: __ / __ / __



LABORATORIO N° 3. SIMULACIÓN HYSYS

A. OBJETIVOS

1. Aprender las nociones básicas acerca del Software de Simulación HYSYS. 2. Desarrollar aplicación mediante el software HYSYS, aplicando lo aprendido en el

laboratorio.

B. FUNDAMENTO TEORICO El uso de "modelos" en Ingeniería Química está consolidado, pero la utilización de "modelos dinámicos" en vez de los "modelos de estado estacionario" es más reciente. Esto se refleja en la existencia en el mercado de potentes paquetes de software destinados a la simulación dinámica. Estos software actuales poseen herramientas matemáticas sofisticadas, las cuales pueden solucionar tanto la condición inicial de estado estacionario así como los siguientes cambios dinámicos. A menudo, una aproximación simplificada puede ser muy útil en la clarificación de ideas preliminares antes de ir a paquetes de escala comercial.

La simulación dinámica es una parte esencial de estudios de operatibilidad o riesgos, que asesora sobre las consecuencias del fracaso de la planta y en la mitigación de los posibles efectos. Mejora la comprensión en las mejoras del proceso y es una herramienta poderosa para la optimización de plantas, tanto en el campo operativo como en el de diseño. Este tipo de simulación tiene igual importancia en procesos continuos, Batch, semibatch y procesos cíclicos de manufactura.

Según Kapur (1988) los principios para la modelización matemática son:

• El modelo matemático puede ser solo una aproximación de los procesos reales, los cuales son a menudo muy complejos y a veces parcialmente comprendidos. Es posible desarrollar varios modelos diferentes para un proceso y tener la posibilidad de mejorar la descripción global del mismo.

• Modelizar es un proceso de desarrollo continuo. Se empieza a desarrollar un modelo simple hasta irlo haciendo más complejo. La forma final del modelo deberá proporcionar una descripción razonable del proceso y debe ser capaz de ser usado.

• Modelizar es un arte, pero también un proceso muy importante de aprendizaje. El proceso de modelización sugiere también la necesidad de menos datos o necesidad de la experimentación para descubrir varios aspectos del comportamiento del proceso, que no están bien comprendidos.

• Los modelos deben ser robustos y reales.

La persona que modeliza un proceso está obligado a considerar la naturaleza de todos los parámetros importantes del proceso, sus efectos sobre el mismo y cómo cada parámetro puede ser definido en términos cuantitativos.

Una vez establecido el modelo, entonces puede ser utilizado, con relativa confianza, para predecir el comportamiento del proceso bajo diferentes condiciones y usarlo para el diseño del proceso, su optimización y control.



Aspectos importantes en el desarrollo de un "modelo" son:

• Formulación de ecuaciones del balance de materia y energía.

• Ecuaciones cinéticas apropiadas para las reacciones químicas.

• Velocidades de transferencia de masa y calor que representan los cambios de las propiedades del sistema, equilibrio de fase, y aplicación de control.

El procedimiento general para modelizar (1) será el siguiente:

Un uso importante del "modelo" del proceso es el análisis de datos experimentales, utilizando este hecho para caracterizar el proceso asignando valores numéricos a variables importantes del proceso.

La aplicación combinada de las aproximaciones de modelización y simulación conllevan las siguientes ventajas:

• La modelización mejora el entendimiento.

• Los "modelos" ayudan en el diseño experimental.

• Los "modelos" pueden ser utilizados de forma predictiva para el diseño y control.

• Los "modelos" pueden ser utilizados en la educación y entrenamiento.

• Los "modelos" sirven para la optimización del proceso.



Algunos de los paquetes actuales de software para simulación (1,3) se muestran a continuación:

PROGRAMAS CARACTERISTICAS

ISIM Alta interactividad, fácil de usar,

ESL Potente, fácil de usar y con interface gráfico.

ACSL Calculos matemáticos. Util para control

SIMUSOLV Parecido a ACSL. Util a la hora de la estimación y optimización de parámetros.

MATLAB Potente paquete matemático

SIMULINK Basado en MATLAB. Mejora en cuanto a interactividad (diseño, gráficos,...)

ASPEN TECHNOLOGY, Speedup

Simulación de plantas completas en estados transitorios. Puede usarse para optimizar plantas en condiciones variables.

PROSIM PLUS Simulación completa de plantas de proceso

MATHCAD Cálculos matemáticos.

ASPEN PLUS Simulación completa de plantas de proceso.

CHEM ENG, Uniopt

Simulación de plantas, base de datos de 800 comp.

CHEMSTATIONS INC, ChemCAD-III

Simulación completa de plantas de proceso.

HYPROTECH SL, Hysis Plant

Simulación estacionaria y dinámica e ingeniería de control. Tecnología OLE.

WIN SIM INC, Design II

Simulación completa de plantas de proceso, con dimensionado de tuberías, intercambiadores, columnas

ASPEN TECHNOLOGY, Polymer Plus

Simulación de procesos de polimerización para productos más usuales. Permite simulación estacionaria y dinámica.

HYPROTECH SL, Polysim

Simulación estática y dinámica de reactores de polimerización.

CHEM ENG, Distilset

Destilación continua, base de datos de componentes.

CHEM ENG, Reactset

Diseño de reactores químicos

M.T.A., Vesselpak Simula transferencia de calor en recipientes y reactores agitados y encamisados.

PROSIM SA, Prosim Batch Reacteur

Simulación de reactores discontinuos, identificación de cinéticas químicas a partir de datos experimentales.



En la actualidad, el futuro de la simulación de procesos pasa por el proyecto europeo CAPE OPEN (2). Este es un proyecto de investigación cuyo objetivo es establecer estándares informáticos que permitan la interoperabilidad de simuladores de procesos y de modelos especializados para operaciones unitarias, paquetes termodinámicos y paquetes numéricos.

Las tres empresas que se reparten la totalidad del mercado de la simulación de procesos son Hyprotech, AspenTech y Simulation Sciences. Cada una de ellas ha desarrollado sus simuladores de procesos, utilizando tecnologías informáticas muy diversas, que comprenden desde programas tradicionales escritos en FORTRAN hasta aplicaciones diseñadas con tecnología orientada a objetos ( por ejemplo, C ++ ).

Un factor importante dentro de la simulación de procesos ha sido la estandarización de los sistemas operativos personales, donde Windows es el más utilizado. Otros fabricantes que orientaron sus objetivos a otros entornos tales como UNIX, VMS de DEC, OS/2 de IBM,... han tenido que resolver el problema de compatibilidad entre los distintos sistemas operativos.

El sector del petróleo y gas ha sido uno de los preferidos por las empresas de simulación de procesos. Otras áreas, como la petroquímica, polímeros presentan una problemática más compleja para las empresas de simulación debido a que trabajan con procesos altamente especializados que difícilmente justificarían el ser incorporados a un simulador estándar, con el agravante adicional de que en numerosas ocasiones estos modelos forman parte del Know-how privado de la compañía. Por esta razón, ha sido necesario simular estos procesos mediante software desarrollado por el departamento de simulación de la propia empresa química (modelos in-house). Dependiendo de la actividad de cada compañía, sus paquete in-house pueden representar, por ejemplo, desde entramados complejos de reacción o modelos de conversores catalíticos, para la industria del petróleo, hasta modelos de trenes de destilación que incluyen columnas acopladas y que se resuelven mediante algoritmos matemáticos eficaces (por ejemplo Basf, Bayer), pasando por modelos de caracterización cinética, fluidodinámica y termodinámica de polímeros (por ejemplo DuPont). Aspen Plus realizó grandes esfuerzos para crear un prototipo para la simulación en la producción de un amplio rango de polímeros (4).

Por ejemplo, un campo que podría proporcionar la eclosión de un gran número de vendedores de modelos especializados es el de los reactores. En numerosas ocasiones estos modelos no solamente representan estrategias de resolución matemática desarrolladas por la compañía, sino también parámetros cinéticos, termodinámicos o de transporte determinados experimentalmente (2).

C. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE Al trabajar con el software HYSYS se sigue las siguientes etapas: • Configurar las condiciones, propiedades y composición asociados al Worksheet • Indicar las unidades de operación (líneas de reactantes y productos) • Definir las especificaciones dinámicas (presión, flujo, etc) • Realizar cambios en un parámetro (por ejemplo temperatura) y observar su efecto en

los resultados finales de la simulación. Mayor detalle se realizará durante la práctica de Laboratorio, revisar guía en anexo.



D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

D.1 WORKSHOP DE SOFTWARE SIMULACIÓN HYSIS Para desarrollar esta parte se procederá según las indicaciones de los profesores.

D.2 APLICACION DE SOFTWARE SIMULACIÓN HYSIS

Se desarrolla la simulación de un proceso (ver ejemplos en anexo HYSYS), según las indicaciones de los profesores.

Ejemplo: Reacción de Polimerización La polimerización abarca complejas reacciones, lo que conlleva a la formación de estructuras moleculares complejas.

Las condiciones bajo las cuales es llevada a cabo la polimerización tienen un gran efecto sobre la longitud de la cadena, grado de ramificación, distribución en la composición del copolímero, distribucción de la secuencia del copolímero y otras medidas de las estructuras moleculares que afectan directamente a sus propiedades finales. Estas últimas difíciles de alcanzar debido a la variedad y complejidad de la microestructura.

A continuación se muestra en la figura 1, un esquema donde se representan las variables de un proceso de polimerización (6).

Figura 1. variables de polimerización

De todo ello, se deduce la importancia que tiene la modelización de la microestructura de las macromoléculas producidas en reactores de polimerización. Los detalles de la microscopía polimérica determinan las propiedades del producto.



Es clara la necesidad de unir las herramientas de los científicos del campo de los polímeros y del ingeniero, para mejorar tanto el proceso de obtención como las propiedades finales del polímero

La disponibilidad de un modelo matemático que prediga con precisión las propiedades moleculares del polímero producido en un reactor tiene una gran importancia económica. La llave para realizar un buen modelo es describir matemáticamente los fenómenos químicos y físicos del proceso, obteniendo los balances necesarios de materia, energía y momento. Esta descripción implica ecuaciones no lineales (algebraicas, diferenciales,..). E. INFORME Según el modelo presentado, en:

Describir la importancia del uso de Software de Simulación en Control de procesos. Desarrollar la simulación de un proceso industrial, dado por el(la) profesor(a). Entregar en formato digital (CD o Diskett) y impreso. Explicando la influencia de las condiciones de operación en dicho proceso.

F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Chemical Engineering Dynamics. Modelling with PC Simulation. VCH. John

Ingham, Irving J. Dunn, Elmar Heinzle. 1994. 2. S. Sama, J.C. Rodriguez. Ingeniería Química. "Hacia el futuro de la simulación

de procesos".. Julio/Agosto 1998. (129 -136). 3. Ingeniería Química. "Directorio de software para la industria química".

Julio/Agosto 1998. (163 – 181). 4. European Symposium on Computer Aided Process Eng. 1993 (s483 – s490). 5. Polysim. Polymer Process Simulator. HYPROTECH. 6. Polymer Reactor Engineering. C. McGreavy. VCH (1994). 7. Reaction Eng. of Step Growth Polymerization. Santosh K. Gupta y A. Kumar.

Plenum Press,N.Y (1987). 8. Polymerization Process Modeling. Neil A. Dotson, R. Galván. VCH (1996). 9. C. Kiparissides y J. Morris. Computers Chem. Engng. Vol. 20 (1996), Suppl.

(1113-1118). European Symposium on Computer Aided Process Eng. 10. Hamer y Ray. Chem. Eng. Sci. 41, 3083-3100 (1986).

Pagina Web: www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00001711.htm Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es



LABORATORIO N° 4. SOFTWARE SCADA CIMPLICITY

A. OBJETIVOS

1. Aprender las nociones básicas acerca del Software SCADA CIMPLICITY: elaboración de nuevos proyectos, edición de pantallas, herramientas básicas de diseño.

2. Desarrollar un proyecto de un proceso industrial, mediante el software CIMPLICITY,

aplicando lo aprendido en el laboratorio.

B. FUNDAMENTO TEORICO

El SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es un programa para usar en Windows NT. Este software integra monitoreo de procesos (figura 1), adquisición de data (Figura 2), salidas, test, medición, análisis y visualización. Este programa es compatible con muchas pantallas, transporte, módulos, y dispositivos IEEE 488 sin sistema de hardware de PC. La interfase de usuario es diseñada así que no requiere programación. Todas las características son seleccionadas con el uso fácil de iconos y menus. Como resultado, habilidades mínimas de computación son requeridas para ejecutar operaciones complejas. El sistema incluye características de fallo y tolerancia, tales como un sistema de operación de error y sensor. Control PID y trabajo en red son capacidades opcionales. Diagramas de flujo gráficos - color típicos, incluyendo símbolos ISA, proveen visualización en tiempo real y tendencia de información al operador. Características de animación proveen visualización de retroalimentación inmediata (tal como el tanque esta llenando o la puerta se esta abriendo). Extensas capacidades de procesamiento y alarma son aprovechables. Alarmas pueden ser indicadas para conseguir la atención del operador, o ellos pueden automáticamente ejecutar una acción deseada. Los datos pueden ser guardados en disket o en el disco duro, o escribir en un impresor para proveer archivos históricos. Dentro de los distintos software SCADA que se dispone en el mercado, en el Laboratorio contamos con el CIMPLICITY.

Figura 1. Monitoreo en red a nivel de proceso

PROFIBUS-

Ethernet/TCP-IP

IEC 1158-RS-485/Fiber optics

EO

PROFIBUS-



Figura 2. Planta con adquisición de datos y sistema de control

C. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE Al trabajar con el software CIMPLICITY se sigue las siguientes etapas: Etapa 0: Cargar el Workbench Etapa 1: Creación de un proyecto.

1.1 Configurando puerto (Port). 1.2 Configurando Dispositivos (Device). 1.3 Configurando Recursos (Resource). 1.4 Configurando puntos (Point).

Etapa 2: Creación de una pantalla (screen) – CIM EDIT. Etapa 3: Visualización de la pantalla - CIM VIEW

Recurso 3 Recurso 1

Recurso 2

puntos puntos puntos

Device 1 Device 2

PROYECTO 1 PROYECTO 2

puerto puerto

Device 3



Etapa 1: Creación de un proyecto. Al proceder a crear el proyecto se visualiza una serie de ventanas de diálogo que le permite: a. Seleccionar el tipo de proyecto, nombre y ruta. b. Indicar propiedades del proyecto c. Usar el asistente de configuración para la configuración inicial de puertos, dispositivos

y puntos para el nuevo proyecto. d. Al configurar un proyecto se crearán puertos, dispositivos y puntos. Comprende tres

etapas: Etapa 1: Con un protocolo se configura el Puerto (Port). Etapa 2: Con un puerto se configura el Dispositivo (Device) y Recursos (Resource). Etapa 3: Configurar puntos (Point).

1.1 Puerto (Port). Un puerto permite la comunicación entre uno o más dispositivos de fábrica tales como los PLCs a la computadora. Se usa esta función para configurar puertos y sus características. Los requerimientos de configuración para puertos varia dependiendo del tipo de puerto y el protocolo de comunicación empleado. Tu puedes crear un máximo de 16 puertos por proyecto. 1.2 Dispositivos (Device). Un dispositivo puede enviar los datos (valores) de los puntos (temperatura, flujo, presión, nivel, pH, etc.) al software Cimplicity HMI. El software puede leer y escribir datos de los dispositivos. Un ejemplo de dispositivo son los controladores PLC tales como los de GE Fanuc Series 90. Se usa esta función para configurar los dispositivos y sus especificaciones. Los requerimientos de configuración para dispositivos varían dependiendo del tipo de dispositivo y el protocolo de comunicación usado. 1.3 Recursos (Resource). Recursos son unidades físicas o conceptuales que puede considerarse independientes de otras y que requieran una operación separada. Ellos pueden ser máquinas o estaciones donde el trabajo es desarrollado o áreas de producción donde varias tareas son desarrolladas. El software usa los recursos en las siguientes tareas: a. Cada dispositivo y punto esta asociado con un recurso. b. Cada usuario (User) tiene la facilidad de acceder a la información del recurso. El software dispone de dos tipos de Recursos: SYSTEM, conformado por: $MAC_FR, $PTM_FR, $SYSTEM. RESOURCE, conformado por los recursos creados por el usuario. 1.4 Configurando puntos (Point). El valor de un punto o variable: a. Viene de uno de dos Tipos de Puntos (Origen) b. Es clasificado como uno de tres Clases de Puntos.



Tipo de punto (Origen). Cimplicity HMI provee de dos tipos básicos de origen: a. Device point (Punto de dispositivo, como T, P, Flujo, pH, etc), lee o escribe de

dispositivos. b. Virtual point (Punto virtual), no se origina directamente de dispositivos. Hay dos tipos de punto virtual: Global points: tiene valores que son generados para una aplicación tal como Cim View. Calculated points: son generados de expresiones aritméticas o lógica que modifican o combinan uno o más puntos numéricos.

Clases de Puntos.

Se selecciona la clase basado en como va a ser usado el punto. Cimplicity HMI provee de tres clasificaciones: a. Analog - entero (integer) o punto flotante. b. Bolean c. Text.

Etapa 2: Creación de una pantalla (screen) – CIM EDIT. El Cim Edit es la pantalla donde se edita el diagrama de flujo del proceso productivo y se realizan animaciones de texto, de objetos, do objetos prediseñados (objet Explorer). También se editan gráficos de tendencias, se guardan registros de los puntos configurados y se crean alarmas. Etapa 3: Visualización de la pantalla - CIM VIEW El Cim View es la pantalla donde se visualiza en tiempo real las animaciones editadas en el Cim Edit. D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

D.1 WORKSHOP DE SOFTWARE SCADA (1era Parte) Para desarrollar esta parte se utilizará la guía del CIMPLICITY. Una vez estudiada la guía se procederá según los profesores indiquen.

D.2 APLICACION DE SOFTWARE SCADA (2da Parte) Se desarrolla la aplicación para la adquisición de datos, según las indicaciones de los profesores.

E. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 9 Regulación Automática. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 3. Controllers, Sección 10. Process Control improvement. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es



SISTEMA SCADA – 1ra Parte

D.1 WORKSHOP DE SOFTWARE SCADA Se procede a trabajar con el sorfware CIMPLICITY siguiendo las siguientes etapas: Etapa 0: Cargar el Workbench Etapa 1: Creación de un proyecto.

1.1 Configurando puerto (Port). 1.2 Configurando Dispositivos (Device). 1.3 Configurando Recursos (Resource). 1.4 Configurando puntos (Point).

Etapa 2: Creación de una pantalla (screen) – CIM EDIT. Etapa 3: Visualización de la pantalla - CIM VIEW

Etapa 0: Cargar el Workbench Siguiendo la ruta: Inicio\ Programas \ CIMPLICITY \ HMI \ Workbench

Obtenemos la siguiente ventana, permite crear, revisar y modificar proyectos (Workbench)



Etapa 1: Creación de un proyecto. Para crear un nuevo proyecto seguir la opción: File/ New / Proyect, aparece la segunda ventana Ingrese la información en los siguientes campos al crear un nuevo proyecto: Create in Se selecciona el drive: C y se ingresa el directorio:

C:\cimplicity\hmi\projects\ ( Nombre del Project) Project Ingrese el nombre del proyecto Options Se selecciona con un check en la caja para cada opción: Action

Calender, Basic Control y Database logger Protocols Se selecciona con un check en la caja para cada opción: SNP.

Hacer clic en CREATE En la siguiente ventana, hacer clic en ACEPTAR

X

X X

X



En la siguiente ventana, hacer clic en EXIT.

Desde la ventana de CIMPLICITY Worbench definir puertos, dispositivos y puntos para un proyecto. Comprende tres etapas: Etapa 1 : Con un protocolo se configura el Puerto (Port). Etapa 2 : Con un puerto se configura el Dispositivo (Device) y Recursos (Resource). Etapa 3: configurar los puntos (Point).



1.1 Configurando puerto (Port).

Seleccione , luego haga clik en New

En la ventana, seleccione en Protocol SNP y luego OK para continuar la configuración del nuevo puerto.



La ventana de diálogo Port Properties para el nuevo puerto se abre. Las General propiedades definen para un nuevo puerto lo siguiente:

Description Texto que describe el Puerto, hasta 40 caracteres. Scan Rate Frecuencia de adquisición de datos desde este puerto. Retry Count El número de intentos en caso de interrupción de comunicación. Enable Indica disponible la comunicación en este puerto.

Cuando terminas de definir las propiedades del puerto, selecciona ACEPTAR. Se visualiza la pantalla del CIMPLICITY Worbench con el nuevo puerto creado.

1.2 Configurando Dispositivos (Device).




En Device escriba el nombre del PLC, por ejejmplo PLC1.

Seleccione OK para continuar la configuración del nuevo dispositivo. Aparece la siguiente ventana:



La ventana de diálogo Device – PLC para el nuevo dispositivo se abre. Las General propiedades definen para un nuevo dispositivo lo siguiente: Port El puerto seleccionado se visualiza. Description Texto que describe el Dispositivo, hasta 40 caracteres. Resource ID Nombre del recurso del dispositivo.

El boton , permite: crear, editar nuevos Recursos o seleccionar otro Recurso.

Model Type Seleccione el tipo de dispositivo.

Se selecciona en Resource\ \ New.

1.3 Configurando Recursos (Resource). En Resource ID escriba el nombre del proceso y luego haga clik en OK.



En la ventana Resource Definition – Escriba en Description sobre el proceso, luego seleccione ADMINISTRATOR. Luego hacer clik en Add . Finalmente hacer clik en OK



Aparece la siguiente ventana. Luego hacer clik en ACEPTAR.

Aparece la siguiente ventana con el nuevo dispositivo (Device) creado.

1.4 Configurando puntos (Point).




Se selecciona en Type Virtual. Se selecciona en Class Analog. En Point ID escriba el nombre del punto a crear. Luego selecciona OK

La ventana de diálogo Point Properties se abre. Se tienen una de dos pantallas, de acuerdo a la selección Basic o Advanced.



En la opción Virtual de la ventana de diálogo Point Properties, en Initialization seleccionar Initialized. En Initialization seleccionar Initialized. Luego en Inicial Value colocar el valor cero “0”. Seleccionar ACEPTAR.

En la ventana aparece el punto (Point) creado.

Creamos otros puntos virtuales siguiendo los mismos pasos anteriores. Ha terminado la creación del proyecto (Worbench).

Seleccione en el menu principal Project\ Configuration Update para guardar la información generada. Note que el proyecto esta en STOP, se indica en la parte inferior de la ventana.



Etapa 2: Creación de una pantalla (screen) – CIM EDIT. Seleccione SCREEN, luego hacer clic en New.

En la ventana Select Cimplicity Project hacer clik en Cancel

Aparece la ventana Cim Edit.

En la ventana del Cim Edit, revisemos las tareas que realizan los iconos.



Para grabar la ventana del Cim Edit seguir la ruta: C:\CIMPLICITY\HMI\projects\LAB23\screens\Principal (CimEdit1, nombre por defecto).

En CIMPLICITY Worbench, en View seleccionar Refresh

Se actualiza el screens creado.



Para realizar algún cambio o modificación del Screen, seleccionar con clic derecho. Seleccionar Edit.

Utilice la opción Refresh (F5) del menú View para actualizar los cambios y luegograbar

con el icono Configuration Update en la ventana CIMPLICITY Worbench. Animación de texto, Objetos y Objetos prediseñados (Objet Explorer), Se seguiran las indicaciones de los profesores.



Para obtener los objetos prediseñados hacer clik en el icono . Obteniendo la siguiente ventana:

Etapa 3: Visualización de la pantalla - CIM VIEW En el screen creado, seleccione. Luego hacer doble clik. Aparece la ventana:



Hacer clik en Start. En la siguiente ventana hacer clik en Si

En la ventana se cargan los archivos para el Cim View

En la parte inferior del Windows observara

Al terminar de cargar los archivos necesarios para iniciar el proyecto (Start). Aparece la ventana Cimplicity Login, en User ID: escribir ADMINISTRATOR y OK. En la parte inferior de la ventana se observa Run.

Aparece la pantalla del Cim View para la animación de los objetos. Se cierra en . IMPORTANTE: Antes de salir del Cim Edit, guardar el screen. Cerrar en Antes de salir del Workbench, Activar el icono STOP. Cerrar en . Actualizar con F5.

Guardar con el icono Configuration Update . Usted está listo para realizar nuevos proyectos!.

X

X

X



SISTEMA SCADA – 2da Parte

D.2 APLICACION DE SOFTWARE SCADA (2da Parte) Crear Un Proyecto Nuevo – Hacer la simulación de un proceso.

Crear Un Proyecto Nuevo – Hacer la Adquisición y Monitoreo de Datos de un equipo de LOU.



WORKSHOP SOFTWARE VERSAPRO

Se procede a trabajar con el software Versapro siguiendo las siguientes etapas:

Etapa 0: Cargar el Versapro Etapa 1: Conectar PC con el PLC. Etapa 2. Configurar Hardware Etapa 3. Elaborar y correr programa Ladder A continuación se detalla cada etapa.

ETAPA 0 : Cargar el Versapro Paso 1. En icono del Versapro hacer doble click. Se observará la siguiente pantalla. Se dispone de las siguientes barras de herramientas (Toolbar):

Standar Toolbar

Ladder Toolbar .

PLC Toolbar .

View Toolbar .

Folder Toolbar Paso 2. En el Menú File / seleccionar New Folder / escribir el nombre del Fólder: LAB.

Seleccionar Finalizar.



ETAPA 1: Conectar PC con el PLC Paso1. Seleccionar el icono , Seleccionar el PLC de trabajo (Profesor indicará). Seleccionar

Connect. Observara en la barra inferior el cambio: de Disconneted a Connected.

ETAPA 2: Configurar Hardware Paso 1. Seleccione el icono Open Hardware configuration. Obervará la configuración por

defecto. Selecione Cerrar (X).

Paso 2. Abrir la configuración que corresponda al PLC de trabajo, siguiendo la siguiente ruta:

C:∴Estación[6] Archivos de programa

GE Fanuc Automation

Versapro

Aplicaciones

PLC_9030_4

PLC_9030_4 Pulsar Abrir



Paso 3. Guardar la configuración anterior con el mismo nombre del Folder LAB: seleccione File/ Save as y hacerlo en el mismo Fólder LAB. Cerrar (X). Verificar seleccionando nuevamente icono .

ETAPA 3 : Elaborar y correr programa Ladder Paso 1. Empleando los iconos del Ladder Toolbar. Hacer un programa ladder .

Paso 2. Transferir programa ladder de PC al PLC: Seleccionar el modo Stop . Seleccionar el icono , (STORE to PLC) luego en las siguientes pantallas seleccione OK y otra vez OK.

Se observa en la barra inferior el cambio de Logic Not Equal a Logic Equal.

Paso 3. Seleccione el modo Run . Se observa en la barra inferior el cambio de stop disabled a run enabled.

Paso 4. Correr Programa. Pulsar I1.



LABORATORIO N° 4. CONTROLADORES PLC 1

C. OBJETIVOS

1. Entender la importancia del uso de Controladores en Control de Procesos. 2. Aprender las nociones básicas acerca del software Versapro (Lenguaje Ladder):

elaboración de nuevos fólder, configurar el hardware, instrucciones. 3. Aprendizaje del manejo de señales I/O discretas con el PLC. 4. Empleo de funciones: Relay, Memoria, Timer y Contadores. 5. Establecer conexiones físicas con algunas unidades del laboratorio.

B. FUNDAMENTO TEORICO Dentro de los Controladores mas usados tenemos: PLC, ICP, DCS y FIELDBUS. Controlador PLC El desarrollo de computadoras de bajo costo ha permitido la más reciente revolución, el Controlador Programable Lógico (PLC; Programmable Logic controller), el advenimiento del PLC empezó en los 1970´s y ha llegado a ser la elección más común para control de manufactura. En el terreno de la automatización de procesos discretos (manufacturing) el PLC no tiene competencia y su utilización es universal. En el mundo de la industria química y afín destaca su aplicación en aquellos procesos, típicamente por cargas o mixtos, en los que el conjunto de acciones de control, el número y sobre todo, complejidad de tratamiento de las señales continuas (analógicas) no resultan excesivos. Como ejemplos de utilización típica de sistemas de control basados en PLC´s pueden citarse las fábricas de pulpa y papel, acerías, polímeros (PE, PP PS), gases, alimentación y bebidas, azucareras, química fina y farmacia. El PLC ha ganado popularidad por las ventajas que ofrece:

• Costo efectivo para control de sistemas complejos. • Flexible y puede ser reaplicable a control de otros sistemas rápidamente y

fácilmente. • Habilidades computacionales permiten mayor control sofisticado. • Anuncio de problemas permite fácil programación y reduce tiempo muerto. • Componentes fiables permiten operar por años antes de falla.

SOFTWARE PARA LA PROGRAMACIÓN DE LÓGICA. Sistema de programación con instrucciones lógico-aritméticas, orientado a la definición de los esquemas de contactos y funciones, lista de instrucciones y, en general, secuenciación de acciones de control (motores, válvulas todo-nada, etc.). Para ello se manejan selectores, temporizadores, comparadores, contadores, integradores, puntos de disparo. Dentro de la lógica se incluyen sincronizaciones, funciones de pulso, etc. Resulta de importancia la facilidad de indicación de fallos, ejecución condicionada de programas, selección del tiempo de ciclo para subprogramas, etc. Por último, deben facilitar el manejo de números enteros o reales y álgebra booleana. Paralelamente al sistema de



programación se requiere un sistema de representación gráfica que permita la impresión de los diagramas lógicos y un sistema que facilite la generación de documentación de operación y puesta en marcha de los sistemas. LADDER LÓGICO es un lenguaje de programación usado para PLC´s. Ha sido desarrollado en pantomimo relay lógico (contacto ║ , bobina ( ) ). ETHERNET Un protocolo de red de área local desarrollado conjuntamente por Xerox, Intel y Digital Equipment Corporatión (DEC) en el centro de Investigación Xerox en Palo Alto (PARC) a mediados de los años 70. El nombre “ethernet” se derivó de la vieja sustancia teórica electromagnética llamada éter luminoso, del cual se creía que era el elemento universal invisible que mantenía unido al universo entero con todas sus partes asociadas. Así, una red de “eter” es una red que conecta todas las componentes unidas a la red. Como protocolo de red comúnmente aceptado está TCP/IP (Transmisión Control Protocol/Internet Protocol). Realmente se trata de una serie de protocolos de comunicaciones y servicios de red (transferencia de ficheros, ejecución remota de comandos, emulación de terminal, etc.). TCP/IP es el protocolo utilizando para el acceso a Internet.

C. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y/O DISPOSITIVO. PLC: Aparato electrónico digital (figura 1) con memoria programable para almacenar instrucciones que implementen funciones (lógicas, secuenciales, de tiempo, de cuenta, de cálculo aritmético, etc.) adecuadas para el control de máquinas y procesos. Se conciben como elementos muy robustos (casi siempre para soportar ambiente industrial), fiables (capaces de aplicarse en operaciones críticas incluso de alto riesgo) y autónomos (mantienen el control de la operación con independencia de potenciales fallos en el resto de los elementos del sistema – red, visualización-). HARDWARE PLC Los componentes esenciales son: Fuente de Poder (Power Supply): Esta puede ser construido dentro del PLC o ser una unidad externa. Comúnmente los niveles de voltaje requeridos por el PLC (con o sin power supply) son 24 Vdc, 120 Vac, 220 Vac. CPU (Central Processing Unit): Es una computadora donde la lógica Ladder es guardada y procesada. I/O (Input/Output): Un número de terminals de entrada y salida deben ser provistas así el PLC puede monitorear el proceso e iniciar acciones. Luces Indicadoras: Estas indican el estado del PLC incluido encendido, programa corrido y fallas. Estas son esenciales cuando se diagnóstica problemas.



Figura 1. Configuraciones Típicas para PLC

Descripción de Tarjetas del PLC Tarjeta central: Integrantes típicos de esta tarjeta son: el microprocesador (en los modelos más avanzados de 32 bits), módulos de memoria EPROM y RAM (desde 8 kb hasta algunos Mb), reloj calendario con batería y conectores de conexión con periféricos. Otras opciones ofrecidas por distintos modelos son coprocesadores boléanos y/o de punto flotante. Tarjetas de entrada (E)y salida (S): Se encargan de la comunicación con campo mediante la recepción y/o envío de señales. Cada tarjeta puede ser sólo de E, sólo de S o E/S pudiendo ser, en cualquiera de los tres casos, señales analógicas (termopar, termorresistencia, 4-20 mA, 0-10 V, etc.) o digitales (24 ó 48 Vdc, 24-230 Vac. etc.). Suelen diferenciarse dos tipos de señales, las normales y las de interrupción. Estas últimas interrumpen la ejecución del ciclo para su procesamiento inmediato, disparando una rutina preestablecida, por lo que resulta de gran interés en acciones relacionadas con la seguridad. Dado que la operación interna del PLC es siempre digital, las entradas o salidas analógicas han de pasar por una conversión A/D o D/A, respectivamente, normalmente a través de un multiplexador. Tarjeta de comunicaciones: Las comunicaciones entre PLC’s pueden efectuarse punto a punto o por medio de una red local. El primer caso afectará a aquellas aplicaciones más sencillas en las que la necesidad de intercambio de información resulte inmediata. Tarjetas inteligentes: Bajo este epígrafe genérico se agrupan aquellas que van dotadas de un microprocesador auxiliar que efectúa un pre procesamiento de las señales, reduciendo la carga del microprocesador de la tarjeta básica. Esta arquitectura permite además independizar el tiempo de exploración de estas tarjetas del tiempo de ciclo del conjunto del sistema, permitiendo su adaptación a las necesidades del proceso. Dentro de este grupo figuran típicamente las siguientes: Tarjetas de regulación, para lazos de control con, por ejemplo, PID, control todo-nada de 2 ó 3 puntos; con entrada de termopares, termorresistencias, 4-20 mA, etc. Salidas digitales o analógicas, según la aplicación. El número de lazos atendidos por cada tarjeta varía según el suministrador pero suele ser limitado (1-4). Como alternativa a la utilización de este tipo de tarjetas, para un número limitado de lazos, puede programarse el algoritmo de control dentro de la CPU, ejecutándose con la frecuencia deseada mediante interrupciones del ciclo. (El tiempo de ejecución del algoritmo es mínimo, por lo que estas interrupciones no son especialmente gravosas para el tiempo de ciclo total).



Tarjetas de posicionamiento rápido. Orientadas al control de recorrido y coordenadas de un elemento móvil dotado de algún dispositivo de lectura de posición, por ejemplo, captores de posición (encoders) absolutos o relativos. Tarjetas para dosificación. Dentro de las diversas posibilidades de este tipo de tarjeta puede describirse la típica de dosificación, que permite sucesivamente un control basto y otro fino, accionando las válvulas o motores adecuados. Se monitorizan asimismo cierto número de señales de advertencia sobre anomalías, disponibilidad, cumplimentación de objetivos, etc. Otras tarjetas. Tarjetas de conteo de pulsos, de control analógico de velocidad, de preprocesamiento de E/S. (Para el procesamiento rápido de señales de E/S con indepencia de la CPU), etc. Tarjetas auxiliares: Entre éstas podrían mencionarse las ampliaciones de memoria, sistemas de diagnóstico (tanto para puesta en marcha como para operación normal) y ampliación (interconexión de distintos bastidores), etc.

Figura 2. PLC modelo VERSAMAX

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL D.1 Descripción del Software del PLC

Se procede a trabajar con el software Versapro siguiendo las siguientes etapas: Etapa 0: Cargar el Versapro Etapa 1: Conectar PC con el PLC. Etapa 2. Configurar Hardware Etapa 3. Elaborar y correr programa Ladder



D.2 Corrida para señales Discretas:

EN LENGUAJE LADDER: Escriba y realice la corrida de los siguientes programas:

1. Programa que arranque una bomba con 2 secuencias conjuntas: arranque al pulsar

%I00001 sin pulsar %I00002 ni %I00003 ó arranque al pulsar %I00004 sin pulsar %I00005. Tener en cuenta el color (rojo o verde) de los pulsadores, solo uno de los programas.

ó

2. Programa que arranque un motor de un agitador al pulsar %I00001 y al cabo de 20 segundos se apague sola.



3. Programa que inicie una cuenta de 8 y al cabo de ella se arranque una bomba que se activa por 15 segundos y luego se apaga.



4. Programa para que el motor del agitador del reactor (salida Q5), se prende y se

apaga simultáneamente en cuanto se pulsa por una vez con una entrada %I00008. Tiempo de encendido 20 seg. y tiempo de apagado 30 seg. El proceso se detiene en cualquier momento al pulsar una entrada %I00002. Observe y verifique

E. INFORME Desarrollar un programa en lenguaje Ladder para algunas aplicaciones propuestas por los profesores.

F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 9 Regulación Automática. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 3. Controllers. Sección 8. Operator interface. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es “instrumentación y control de procesos”, Angel Gayoso, Julio/agosto 1994. Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es “Sistemas abiertos aplicados al control de procesos”, Jesús Vallejo, Febrero 1996.



LABORATORIO N° 5. CONTROLADORES PLC 2

B. OBJETIVOS

1. Entender la importancia del uso de Controladores en Control de Procesos. 2. Aprender las nociones básicas acerca del software Versapro (Lenguaje Ladder):

elaboración de nuevos fólder, configurar el hardware, instrucciones. 3. Aprendizaje del manejo de señales IA/OA análogas con el PLC. 4. Empleo de funciones: Conversión, Move, Matemáticas y Relación. 5. Establecer conexiones físicas con algunas unidades del laboratorio.

B. FUNDAMENTO TEORICO Ver del Laboratorio N° 4 Controladores PLC 1 y información del anexo.

C. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y/O DISPOSITIVO. Los PLCs (Figura 1) tienen Módulo de entradas y salidas análogas que permiten interactuar con los diferentes transmisores (%AI00001) y actuadores (%AQ00001).

Figura 1. PLC modelo VERSAMAX


D.1 Descripción del Software del PLC

Se procede a trabajar con el software Versapro siguiendo las siguientes etapas: Etapa 0: Cargar el Versapro Etapa 1: Conectar PC con el PLC. Etapa 2. Configurar Hardware Etapa 3. Elaborar y correr programa Ladder



D.2 Corrida para señales Análogas:

EN LENGUAJE LADDER: Escriba y realice la corrida de los siguientes programas:

1. Programa para Caracterizar la válvula de control (%AQ00001), dar valores de % apertura (32000 cuentas = 100%, abierta).

2. Escalamiento de Señal de Temperatura: Conocer el rango de sensor.

Luego si la temperatura (%R00015) está entre 10 y 25°C se encienda el motor del agitador (%Q00001) y se encienda la alarma(%Q00002) al mismo tiempo. Si la temperatura es menor o igual de 8°C activar la válvula solenoide (%Q00003) y finalizar el programa.

Y = A + m X Y = 0 + .( 200 - 0 ) X Y = 0.00625 * X 32000 - 0



3. Programa para operar la válvula de control (%AQ00001), en forma automática, usar

la función control PID.

Bloque de función PID y sus parámetros de sintonía.



La función PID está diseñada para resolver una ecuación de un bucle en una ejecución. La función PID ISA proporciona un algoritmo de control de bucle cerrado PID (proporcional/integral/derivada). La función PID, ver figura , tiene siete parámetros de entrada: 1) una activación boleana (ALW_ON), 2) un punto de referencia de proceso (set point) (SP), 3) una variable de proceso (PV), 4) una selección booleana manual/auto (MAN), 5) una entrada de ajuste de modo manual arriba (UP), y 6) un ajuste de modo manual abajo (DN). 7) Tiene también una dirección que especifica la posición de un bloque de parámetros asociados con la función (%R00001).

Tiene dos parámetros de salida, una salida booleana correcta (ok) y el resultado de variable de control (CV).

E. INFORME Desarrollar un programa en lenguaje Ladder para algunas aplicaciones propuestas por los profesores.

F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 9 Regulación Automática. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 3. Controllers. Sección 8. Operator interface. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es “instrumentación y control de procesos”, Angel Gayoso, Julio/agosto 1994. Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es “Sistemas abiertos aplicados al control de procesos”, Jesús Vallejo, Febrero 1996.



LABORATORIO N° 6. SINTONIA DE CONTROLADORES

A OBJETIVOS

a. Empleo de función de control: PID y cambios de parámetros de sintonía (P, I, D). b. Estudiar la forma en la que un lazo de control se comporta ante cambios en las

variables de un sistema de control. c. Determinación del tiempo de retrazo del controlador para cambios en el set point y

cambios en la carga. B. FUNDAMENTO TEORICO

El Sistema de control típico está formado por el proceso, el transmisor, el controlador y la válvula de control. El proceso consiste en un sistema que ha sido desarrollado para llevar a cabo un objetivo determinado: tratamiento del material mediante una serie de operaciones específicas destinadas a llevar a cabo su transformación. Los procesos revisten las formas más diversas, desde las más simples hasta las más complejas. El controlador permite al proceso cumplir su objetivo de transformación del material y realiza dos funciones esenciales: a) Compara la variable medida con la de referencia o deseada (punto de consigna)

para determinar el error; b) Estabiliza el funcionamiento dinámico del bucle de control mediante circuitos

especiales para reducir o eliminar el error. En la figura 1 puede verse el diagrama de bloques del Sistema de control (Figura 2).

Figura 1. Diagrama de Bloques.



Figura 4. Sistema de Control.

Los procesos presentan dos características principales que deben considerarse al automatizarlos: b) los cambios en la variable controlada debido a alteraciones en las condiciones del

proceso y llamados generalmente cambios de carga; c) el tiempo necesario para que la variable del proceso alcance un nuevo valor al ocurrir

un cambio de carga. Este retardo se debe a una o varias propiedades del proceso: capacitancia, resistencia y tiempo de transporte.

Cambios de carga.- La carga del proceso es la cantidad total del fluido o agente de control que el proceso requiere en cualquier momento para mantener unas condiciones de trabajo equilibradas. En general, los cambios de carga del proceso son debidos a las siguientes causas: 1. Mayor o menor demanda del fluido de control por el medio controlado. 2. Variaciones en la calidad del fluido de control. 3. Cambios en las condiciones ambientales. 4. Calor generado o absorbido por la reacción química del proceso (proceso exotérmico

o endotérmico respectivamente). Se presenta un cambio de carga porque el proceso necesita una menor o una mayor cantidad del agente de control.

Los cambios de carga en el proceso pueden producir perturbaciones en la alimentación y en la demanda. Las perturbaciones en la alimentación consisten en un cambio en la energía o en los materiales de entrada en el proceso. Las perturbaciones en la demanda consisten en un cambio en la salida de energía o de material del proceso. Capacitancia.- Es una medida de las características propias del proceso para mantener o transferir una cantidad de energía o de material con relación a una cantidad unitaria de alguna variable de referencia. No debe confundirse con capacidad del proceso que representa simplemente las características propias de almacenar energía o material.



Resistencia.- Es la oposición total o parcial de la transferencia de energía o de material entre las capacitancias. Tiempo de transporte.- retarda la reacción del proceso, existiendo un tiempo muerto durante el cual el controlador no actúa ya que para iniciar una acción de corrección debe presentársele primero una desviación.

SINTONIA DE UN CONTROLADOR: Se refiere al hecho de encontrar un conjunto de valores para las acciones P, I y D que posibiliten a un controlador operar de manera eficiente y armoniosa con un dato particular del proceso.

MODOS DE CONTROL: Es una respuesta particular del controlador a una variación de la variable medida o señal de error. Las cuatro respuestas básicas son: dos posiciones (on-off), proporcional (P), Integral (I) y Derivativo (D).

C. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y/O DISPOSITIVO Al trabajar con el software VERSAPRO se sigue las siguientes etapas: Etapa 1: Poner el equipo en operación y llegar al estado estacionario. Etapa 2: Anotar la información en tiempo real de las variables involucradas



Se realizó la sintonía dando valores a los parámetros correspondientes al bloque de control PID.

Parámetros del Bloque de Control PID


La siguiente práctica se realizará en el intercambiador de calor, Se propone una estrategia de control en Retroalimentación. Una vez puesto en funcionamiento el Intercambiador, seguir los siguientes pasos: D.1 Cambios en los Parámetros de Sintonía (P, I, D).



1. Poner el valor del set point a T=35°C. Este valor corresponde a la variable controlada (temperatura del fluido a calentar). Establecer los valores para: P=1, D=0,1, I=0,5

2. Cambiar el set point a T=40°C y anotar los valores de temperatura vs. Tiempo hasta que el sistema se estabilize.

3. Repetir el procedimiento anterior 1 y 2, cambiando los valores para: P=2, D=0,1, I=0,5 y P=5, D=0,1, I=0,5

D.2 Cambios en el set point (SP).

1. Poner el valor del set point a T=40°C (6600 Cuentas). Este valor corresponde a la variable controlada (temperatura del fluido a calentar). Establecer valores apropiados para: P=2, D=0,1, I=0,5.

2. Cambiar el set point a T=55°C (7300 Cuentas) y anotar los valores de temperatura vs. Tiempo hasta que el sistema se estabilize.

D.3 Cambios o perturbaciones en la carga.

Para cambios en la carga tenemos dos tipos de perturbaciones: 1. Perturbación tipo pulso.- Poner el set point en T=40°C. Manipular la válvula

de entrada del fluido a calentar, que inicialmente se encuentra abierta, cerrándola hasta un 50% y por un período de 15 segundos. Mantenerla en esa posición para luego abrirla totalmente. Anotar los valores de temperatura vs. Tiempo hasta que nuevamente se establezca el control.

2. Perturbación tipo step.- Se repite el procedimiento anterior pero sin volver a abrir la válvula de entrada y anotar los datos de temperatura vs. Tiempo, hasta que se restablezca el control.

E. INFORME

Según el modelo presentado, en: III. Sumario Gráficos: Graficar T°C vs tiempo para los tres casos (D.1, D.2 y D.3). Resultados:

o Hacer el diagrama de bloques del sistema de control y especificar la variable controlada, la variable manipulada y los cambios en la carga.

o Determinar el tiempo de retrazo en los tres casos (D.1, D.2 y D.3). F. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CREUS Sole, A Instrumentación Industrial 1979, Cap 9 Regulación Automática. CONSIDINE Process/ Industrial Instruments and Control Handbook 1999, Sección 2. Control systems fundamentals. Sección 3. Controllers, Sección 10. Process Control improvement. Revista “Chemical Engineering” www.pubs.acs-org/cen Revista “Ingeniería Química” www.alcion.es




HOJA DE DATOS

Grupo N° ______ Equipo : ____________________________ D.1 Cambios en los Parámetros de Sintonía (P, I, D). Prueba N° ..... Prueba N° ..... Prueba N° ..... Valor deseado Valor deseado Valor deseado SP= .......... SP= .......... SP= ..........

Valores de sintonia: Valores de sintonia: Valores de sintonia: P=...... D=........ I=......... P=...... D=........ I=......... P=...... D=........ I=......... tiempo PV CV tiempo PV CV tiempo PV CV

1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9

10 10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14 15 15 15 16 16 16 17 17 17 18 18 18 19 19 19 20 20 20 21 21 21 22 22 22 23 23 23 24 24 24 25 25 25

V°B° Profesor(a) ________ Adjuntar esta hoja en el informe Fecha: ___/____/___




HOJA DE DATOS

Grupo N° ______ Equipo : ____________________________ D.2 Cambios en el Set Point (SP). D.3 Cambios en la Carga. Prueba N° ..... Prueba N° ..... Prueba N° ..... Perturbación: PULSO Perturbación: STEP Valor deseado Valor deseado Valor deseado SP= .......... SP= .......... SP= ..........

Valores de sintonia: Valores de sintonia: Valores de sintonia: P=...... D=........ I=......... P=...... D=........ I=......... P=...... D=........ I=......... tiempo PV CV tiempo PV CV tiempo PV CV

1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9

10 10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14 15 15 15 16 16 16 17 17 17 18 18 18 19 19 19 20 20 20 21 21 21 22 22 22 23 23 23 24 24 24 25 25 25

V°B° Profesor(a) ________ Adjuntar esta hoja en el informe Fecha: ___/____/___



ANEXOS



MANUAL DEL SOFTWARE

HYSIS

pi 415 guia contenido 2010-2

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