Automatizacion Industrial

La

Academia al servicio de la Vida

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

ASIGNACION I

MILLER RENE RODRIGUEZ PABLOS

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

VILLA DEL ROSARIO

2010

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

ASIGNACION I

PRESENTADO POR:

MILLER RENE RODRIGUEZ PABLOS

COD: 89040979663

GRUPO:

AR

PRESENTADO A:

ROCCO TARANTINO ALVARADO

ING. ELECTRONICO

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

VILLA DEL ROSARIO

2010

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION.

1. A PARTIR DE ESQUEMAS P&ID, REALIZAR.

1. Diagramas EPS.

2. Especificacin general del sistema de automatizacin.

3. Cuantifique e identifique los tipos de variable: analgica, digital y discreta.

4. Indique el nmero de lazos de control regulatorio que se encuentran en el P&ID.

5. Identifique los esquemas bsicos de control.

1. Control regulatorio.

2. Control ON-OFF.

3. Control secuencial.

6. Cuales estndares industriales de transmisin de seales se utilizan?

7. Cuantos mdulos de entradas/salidas digitales Ud. utilizara

8. Cuntos mdulos de entradas/salidas analgicas Ud. utilizara?

2. FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR QUMICO QUE OPERA POR LOTES.

1. Narrativa del proceso.

2. Indique cuales variables se deben medir, y cuales se deben manipular, para lograr el controldel proceso.

3. Si se desea utilizar un sistema automtico de control, indique cuales serian las seales deentrada al Sistema de control, y cuales serian las Seales de salida del sistema de Control.Tambin indique cuales seran las posibles perturbaciones al proceso.

4. De la lista anterior indique cuales seales son analgicas y cuales son discretas.

5. Indique cuales subsistemas se encargan de las estrategias de Control Regulatorio, y cualesson de Control Secuencial. Asocie los pasos de las narrativas con los sistemas que lasrealizan.

6. Instrumente completamente el proceso anterior, para poder realizar un sistema deautomatizacin que permita cumplir con los requerimientos de la narrativa del proceso. Tantodel Control Regulatorio, como del Control Secuencial.

7. Determine la confiabilidad del sistema de automatizacin (control regulatorio y secuencial).

Se requiere determinar:

1. Diagramas en bloque de confiabilidad (DBC) control regulatorio.

2. Diagrama en bloque de confiabilidad (DBC) control secuencial.

3. Polinomio de confiabilidad control regulatorio.

4. Polinomio de confiabilidad control secuencial.

5. Confiabilidad del sistema de control regulatorio.

6. Confiabilidad del sistema de control secuencial.

7. Propuesta para incrementar la confiabilidad del sistema de automatizacin.

1. Propuesta para el sistema de control regulatorio.

2. Propuesta para el sistema de control secuencial.

3. Investigar otro proceso industrial y determinar los mismos objetivos del punto anterior.

CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFIA.

INTRODUCCION

En este trabajo se exploran nuevos conceptos con de fin de profundizar y fortalecer nuestrosconocimientos respecto a la materia. Un ejemplo de ello es el concepto de P&ID que se puede definircomo una ilustracin esquemtica de la relacin funcional de la instrumentacin y componentes de losequipos del sistema. Un P&ID tambin Muestra cmo los equipos de procesos industriales estninterconectados por un sistema de canalizacin.

Analizar un P&ID de un proceso industrial es algo muy interesante debido a que all debemos identificar yaplicar una serie de conceptos tales como los diagramas EPS, identificacin de variables, lazos decontrol, esquemas bsicos de control, estndares industriales, entre otros conceptos, el cual nos llevara aun correcto entendimiento del proceso que se est analizando.

Como segunda instancia se analizara el funcionamiento de reactor qumico operada por lotes donde sedeber instrumentar dicho proceso y hacer una serie de clculos de confiabilidad.

Un reactor qumico se puede definir como una unidad procesadora diseada para que en su interior selleve a cabo una o varias reacciones qumicas. Dicha unidad procesadora est constituida por unrecipiente cerrado, el cual cuenta con lneas de entrada y salida para sustancias qumicas, y estgobernado por un algoritmo de control.

Existen infinidad de tipos de reactores qumicos, y cada uno responde a las necesidades de una situacinen particular, entre los tipos ms importantes, ms conocidos, y mayormente utilizados en la industria sepuede mencionar los siguientes: Reactor Discontinuo, Reactor Continuo y Reactor semicontinuo.

En este trabajo se trabajara con un reactor discontinuo ya que no entra ni sale material durante la reaccin.Al inicio del proceso se introducen los materiales, luego se deja reaccionar por un tiempo preestablecido,y por ltimo se descargan los productos de la reaccin. Este tipo de reactor tambin es conocido a nivelindustrial como Batch.

ESQUEMAS P&ID.

1. P&ID CONTROL DE INTERCAMBIADOR DE COLOR.

Figura 1. P&ID control de intercambiador de calor

1. Diagrama EPS.

Figura 2. Diagrama EPS.

Diagrama EPS del P&ID control de intercambiador de calor.

Figura 3. EPS del P&ID control intercambiador de calor.

ENTRADAS.

ENTRADAS DESCRIPCION CANTIDAD

E1 KEROSENE

T= 80 C

F= 15 20 T/H

E2 VAPOR

T= 350 C

F= 140 160 T/H

P= 18 Kg/ CMT2

PROCESO.

El kerosene entra al intercambiador de calor el cual se pone en contacto con el vapor a travs de lastuberas y este eleva la temperatura del kerosene al valor deseado set point.

SALIDAS

SALIDA DESCRIPCION CANTIDAD

K KEROSENE T= 160C

2. Especificacin general del sistema de automatizacin.

Se tiene un Intercambiador de calor (60 E - 120) al cual se le introduce kerosene a 80C y un flujoconstante entre (15 - 20) T/H el cual circula por un tubo de 4. El flujo de entrada es controlado por unavlvula de control (60 FCV - 120) que recibe la informacin proveniente del controlador de flujo, loscuales mantienen constante el flujo de entrada.

Por otra parte del intercambiador de calor (60 E 120) entra vapor a una temperatura de 360C a un

flujo de (140 - 160) T/H con una presin de 18 kg/cm2 controlado por una vlvula de control (60 FCV -121).

Luego dentro del intercambiador de calor, el vapor entra en contacto con tubera por donde pasa elkerosene con el objetivo de elevar la temperatura ha 160C, ya que es el valor deseado (Sep Point).

Por otra del intercambiador de calor (60- E 120) sale el vapor que estuvo en contacto con el proceso.

3. Cuantifique e identifique los tipos de variable: analgica, digital y discreta.

En este proceso tenemos 3 variable analgicas que son: temperatura, flujo, presin.

4. Indique el nmero de lazos de control regulatorio que se encuentran en el P&ID.

En este P&ID existen dos lazos de control regulatorio que son los correspondientes a las vlvulas 60-FCV-121 y 60-FCV-120.

Lazo de control regulatorio de la vlvula 60 FCV 120.

EL Kerosene entra al intercambiador de calor (60-E-120) por una tubera de 4 con una temperatura T=80C y un flujo F=(15 - 20) T/H, un sensor de flujo ubicado antes de la vlvula 60-FCV-120 que est en

contacto con el proceso, enva informacin continuamente al transmisor de flujo (60 FT - 120) y este a suvez enva una seal elctrica en un estndar de (4 - 20) mA a un Controlador de flujo (FC) que seencuentra ubicado en el panel de control, este controlador recibe la informacin del transmisor y locompara con el valor deseado (SET-POINT), generando as una seal de error que es enviadanuevamente en un estndar de (4-20) mA, a un convertidor de corriente-presin (I/P) el cual convierte laseal elctrica en una seal neumtica de (3-15) psi que llega a la vlvula, y este acta bajo lascondiciones enviadas por el controlador para mantener el proceso en los valores deseados.

La vlvula de control de flujo (60-FCV-120) se abre o se cierra dependiendo de las seales recibidas delcontrolador de flujo (FC) y as poder mantener el proceso en los valores deseados (set point).

Lazo de control regulatorio de la vlvula 60-FCV-121.

Despus de que el kerosene sufre el cambio de temperatura debido a la accin del intercambiador decalor (60-E-120) sale por una tubera de 4. Un sensor de temperatura ubicado en la salida delintercambiador que est en contacto con el proceso enva informacin (seales elctricas) continuamenteal transmisor de temperatura (60-TT-121) en un estndar (4 - 20) mA. Esta informacin llega a uncontrolador de temperatura (TC) que est ubicado en el panel de control, este controlador recibe lainformacin del transmisor y la compara con el valor deseado (SET-POINT) generando una seal de errory enva una seal elctrica en un estndar de (4-20) mA, a un convertidor de corriente-presin (I/P) el cualconvierte la seal elctrica en una seal neumtica de (3-15) psi para mantener la temperatura en losvalores deseados.

La vlvula de control de flujo (60-FCV-121) se abre o se cierra dependiendo de las seales recibidas porel controlador de temperatura (TC) y as mantiene controlado el proceso en los valores deseados.

5. Identifique los esquemas bsicos de control.

1. Control regulatorio.

Figura 4. Esquema bsico de control regulatorio.

Esquema bsico del control regulatorio del P&ID.

Lazo de control regulatorio de la vlvula 60 FCV 120.

Figura 5. Esquema bsico del control regulatorio de la vlvula 60 FCV - 120

Lazo de control regulatorio de la vlvula 60-FCV-121.

Figura 6. Esquema bsico de control regulatorio de la vlvula 60 FCV 121.

6. Cuales estndares industriales de transmisin de seales se utilizan?

Neumticos: seal de salida de (3 15) psi.

Analgicos: seal de salida (4 20) mA.

7. Cuantos mdulos de entradas/salidas digitales Ud. Utilizara.

Es este caso ninguna porque estoy trabajando solamente con variables analgicas.

8. Cuntos mdulos de entradas/salidas analgicas Ud. utilizara?

Utilizara dos mdulos de entrada (un modulo para temperatura y el otro para flujo) y uno de salida. Esdecir utilizara un multiplexor.

2. P&ID DE CONTROL DE ANTI BOMBEO.

Figura 7. P&ID de control de anti bombeo.

1. Diagrama EPS.

Figura 8. Diagrama EPS general.

Diagrama EPS del P&ID control anti bombeo.

Figura 9. Diagrama EPS del P&ID control anti bombeo.

ENTRADAS.


E1 AIRE ATMOSFERICO

T= 36 C

F= 7.100 T/H

PROCESO.

3. P&ID DE CONTROL DE HORNOS Y CALDERAS.

Figura 10. P&ID de control de hornos y calderas.

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID control de hornos y calderas.

Figura 12. Diagrama EPS del P&ID control de hornos y calderas.

ENTRADAS.


E1 COMBUSTIBLE(METANO) F= 60 T/H

E2 CRUDO LIVIANO F= 80 T/H

E3 AIRE F= 60 T/H

PROCESO.

4. P&ID DE CONTROL REFLUJO TORRE DESTILACION.

Figura 13. P&ID control reflujo torre destilacin.

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID control reflujo torre destilacin.

Figura 15. Diagrama EPS del P&ID control reflujo torre destilacin.

ENTRADAS.

5. P&ID DE SEGURIDAD ANTI BOMBEO.

Figura 16. P&ID de seguridad anti bombeo.

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID de seguridad anti bombeo.

Figura 18. Diagrama EPS del P&ID de seguridad anti bombeo.

1. P&ID SEGURIDAD INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Figura 19. P&ID seguridad intercambiador de calor.

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID de seguridad intercambiador de calor.

Figura 21. Diagrama EPS del P&ID de seguridad intercambiador de calor.

1. P&ID SEGURIDAD DE HORNOS Y CALDERAS.

Figura 22. P&ID seguridad de hornos y calderas

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID de seguridad de hornos y calderas.

Figura 24. Diagrama EPS del P&ID de seguridad de hornos y caldera.

1. P&ID SEGURIDAD REFLUJO TORRE DESTILACION.

Figura 25. P&ID seguridad reflujo torre destilacin.

1. Diagrama EPS.


Diagrama EPS del P&ID seguridad reflujo torre destilacin.

Figura 27. Diagrama EPS del P&ID seguridad reflujo torre destilacin.

1. NARRATIVA DEL PROCESO.

Figura 28. Reactor Qumico

El proceso de la Fig. #1. Ilustra el funcionamiento de un reactor qumico que opera por lotes. Un Reactorconsiste en un tanque en el cual se lleva a cabo una Reaccin Qumica, y al que se le puede Controlar laTemperatura, manipulando por medio de la vlvula "D", el caudal de agua fra que circula por la chaquetade enfriamiento.

La narrativa de operacin del proceso se explica a continuacin:

a. Se agrega el Reactivo "A" al tanque, a travs de la vlvula "A", hasta que se alcanza el nivel L1.

b. Se agrega el reactivo "B" al tanque, a travs de la vlvula "B", hasta que se alcanza el nivel L2.

c. Se arranca el agitador por un tiempo de 5 min. Durante este tiempo la temperatura de la reaccin sedebe mantener constante.

d. Al concluir los 5 min., se debe vaciar el tanque a travs de la vlvula C, hasta alcanzar el nivel mnimo

"Lm, para luego cerrar la vlvula "C", y repetir el ciclo desde el paso 1.

2. Indique cuales variables se deben medir, y cuales se deben manipular, para lograr el

control del proceso.

VARIABLES A:

1. Medir:

Temperatura.

Nivel.

Nivel mnimo ( lm )

Nivel L1 (Reactivo A).

Nivel L2 (Reactivo B).

2. Manipular:

Vlvula A (Entrada del reactivo A).

Vlvula B (Entrada del reactivo B).

Vlvula C (Salida del producto).

Vlvula D (Entrada de agua fra a la chaqueta de enfriamiento).

3. Si se desea utilizar un sistema automtico de control, indique cuales serian las seales deentrada al Sistema de control, y cuales serian las Seales de salida del sistema de Control.Tambin indique cuales seran las posibles perturbaciones al proceso.

SEALES DE ENTRADA AL SISTEMA DE CONTROL.

1. Seal de temperatura + Seal Set Point.

SEAL DE ERROR DE TEMPERATURA

CONTROL REGULATORIO

2. Seal de nivel Lm + Seal de Set Point.

SEAL DE ERROR DE NIVEL Lm

CONTROL SECUENCIAL

3. Seal de nivel L2 + Seal de Set Point

SEAL DE ERROR DE NIVEL L 2

CONTROL SECUENCIAL.

4. Seal de nivel L1 + Seal de Set Point

SENAL DE ERROR DE NIVEL L1

CONTROL SECUENCIAL.

SEALES DE SALIDA DEL SISTEMA DE CONTROL.

Temperatura requerida en el proceso. (Vlvula D).

Nivel requerido en Lm (Vlvula C).

Nivel requerido en L2 (Vlvula B).

Nivel requerido en L1 (Vlvula A).

POSIBLES PERTURBACIONES AL PROCESO.

1. El agua fra que entra a la chaqueta enfriamiento sufra cambios en su temperatura en un tiempo (t)

determinado, alterando as el proceso en el reactor, como por ejemplo la temperatura podraelevarse a tal punto que causara una explosin.

2. Que el agitador deje de funcionar en un tiempo (t) menor a los 5 minutos estipulados en el proceso.Causando as alteraciones en la calidad del producto.

3. Que algunas de las vlvulas que controlan tanto la entrada como la salida de los reactivos no cierren

o abran en el momento indicado por el controlador. Este tipo de problemas se puede presentar porel largo uso de las vlvulas o por mal mantenimiento de las mismas.

4. Que se altere el cdigo de programacin estipulado para el control del proceso en el reactor y as

mismo se pierda el manejo sobre l. Este tipo de problema se presenta por mal manejo del softwareo por problemas en la Red.

4. DE LA LISTA ANTERIOR INDIQUE CUALES SEALES SON ANALGICAS Y CUALESSON DISCRETAS.

Seal Analgica.

Temperatura.

Seales Discretas.

Nivel Lm.

Nivel L1.

Nivel L2.

5. INDIQUE CUALES SUBSISTEMAS SE ENCARGAN DE LAS ESTRATEGIAS DE

CONTROL REGULATORIO, Y CUALES SON DE CONTROL SECUENCIAL. ASOCIELOS PASOS DE LAS NARRATIVAS CON LOS SISTEMAS QUE LAS REALIZAN.

Subsistemas que se encargan de las estrategias de control regulatorio.

Sensor de temperatura.

Transmisor de temperatura.

Vlvula D.

NARRATIVA: Como primer paso el sensor toma lectura de la temperatura en la chaqueta de

enfriamiento, luego esta informacin se enva a un transmisor de temperatura, el cual se encarga detransformar esta informacin en una seal elctrica (mV) que va a un controlador encargado de compararesta seal con el valor deseado del proceso (set point) y as mismo actuar sobre la vlvula D ya sea paraabrirla o cerrarla gradualmente dependiendo de la seal enviado por sensor.

Subsistemas que se encargan de las estrategias de control secuencial.

Vlvula A.

Vlvula B.

Vlvula C.

Nivel mnimo Lm.

Nivel L1.

Nivel L2.

Sensor de Nivel.

Transmisor de nivel.

NARRATIVA: Como primer paso los sensores toman lectura del nivel del reactor y envan esta

informacin a un transmisor de nivel que la convierte en una seal elctrica. Esta seal es enviada a un

controlador el cual la compara con el valor deseado del proceso (set point) que dependiendo del nivelregistrado por el sensor manda abrir o cerrar (ON OFF) la vlvula correspondiente.

6. INSTRUMENTE COMPLETAMENTE EL PROCESO ANTERIOR, PARA PODERREALIZAR UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIN QUE PERMITA CUMPLIR CON LOS

REQUERIMIENTOS DE LA NARRATIVA DEL PROCESO. TANTO DEL CONTROLREGULATORIO, COMO DEL CONTROL SECUENCIAL.

Figura 29. Instrumentacin del proceso

Control regulatorio.

Donde:

TE= Sensor de temperatura.

TT= Transmisor de temperatura.

TC= Controlador de Temperatura.

Control secuencial.

Donde:

LE2= Sensor de nivel de L2.

LE1= Sensor de nivel de L1.

LElm= Sensor de nivel mnimo lm.

LT2= Transmisor de nivel L2.

LT1= Transmisor de nivel L1.

LTlm= Transmisor de nivel Llm.

En la siguiente figura se muestra como el PLC controla las diferentes vlvulas de entrada y salida delcontrol secuencial.

Figura 30. Control lgico programable.

Lgica de programacin del PLC.

SENSOR V.A V.B V.C

LE1accionado

OFF ON OFF

LE2

accionado

ON OFF OFF

LElmaccionado

OFF OFF ON

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Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 www.unipamplona.edu.co

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