Nuevo Sistema de Control Calderas.pdf

55

III.2.8 NUEVO SISTEMA DE CONTROL DE QUEMADOR DE COMBUSTIN A GAS PROPANO.

El diseo del nuevo sistema elctrico de control del quemador de gas, tiene

como dispositivo principal la utilizacin de controlador lgico programable PLC

Micrologix 1500. El cual interacta con otros dispositivos elctricos, como lo son los

sensores de presin, las vlvulas de gas y otros elementos, que permiten realizar un

control eficaz de la operacin del calentador de gas.

Fig. III-20: Diagrama De Operacin De Nuevo Sistema Elctrico De Control De

Calentador.

Para esto el PLC realizara las siguientes funciones:

Control De Condiciones De Seguridad De Los Equipos : El sistema verificara que toda las condiciones de seguridad estn presentes

para permitir operacin de equipo, en caso de lo contrario, esta ser visualizada

en Panelview, informando que alarma existe en el equipo.

Control de Combustin y temperatura: El PLC de acuerdo a la temperatura, modulara de intensidad de la llama del

quemador, para realizar un control de temperatura. Y a la vez esto se

visualizara en PanelView.

Registro de Alarmas de Equipo. Cada vez que exista una alarma de equipo, esta quedara registrada en

PanelView lo que permite tener mayor informacin en caso de fallas.

56

Gabinete De Control. El nuevo sistema de control est alojado en un gabinete metlico IP66 de

dimensiones 1400x800x400mm, el cual contiene componentes elctricos en su panel

Exterior e Interior.

Puerta Exterior (Panel de Operaciones).

En la puerta principal del gabinete de control, se encuentran instalados

dispositivos de sealizacin y comando que permiten entregar informacin al operador

acerca del estado del quemador o bien dar arranque o deteccin al sistema.

Fig. III-21: Vista Panel Exterior De Nuevo Gabinete De Control

57

1.- Pulsador Verde (Partir): Es un pulsado N.O (Normalmente Abierto) el cual siempre

que el equipo este en modo local, permite dar orden de partida.

2.- Pulsador Rojo (Detener) Es un Pulsador N.C (normalmente cerrado) el cual

genera detencin en modo local.

3.- Pulsador Verde (Reset) Es un pulsador N.O (Normalmente Abierto) el cual permite

reconocer alarmas del sistema.

4.-Botn de Parada de Emergencia. Es un Pulsador el cual genera un detencin

inmediata del sistema sin importar el modo de operacin, su funcin es de apagar el

sistema ante alguna emergencia detectada por el operador.

5.-Luces Piloto de Presencia de Energa. A travs de 3 luces piloto de color rojo

indica que el equipo se encuentra energizado a travs de 380Vac.

6.-Selector de 2 Posiciones Local/Remoto. Permite cambiar el modo de operacin

del equipo.

7.-Luces Piloto Verde. Al encender de manera permanente indica que el quemador

esta en operacin, si enciende de manera intermitente cada 1 segundo es indicacin

que esta en proceso de partida.

8.-Luces Piloto Roja. Si enciende de manera permanente indica que el quemador

detenido.

9.-Luz Pilo Amarilla. Indica la presencia de alarma en el sistema.

10.-Baliza estroboscpica. Indica la presencia de alarmas en el sistema

11.-PanelView 1000, es un dispositivo de alto nivel en cuanto a que permite visualizar

de manera grfica la operacin del Equipo.

58

Panel Interior Gabinete de Control

Fig. III-22: Vista Panel Interior De Nuevo Gabinete De Control.

1. Interruptores Automticos de Proteccin.

2. Transformador de Control .

3. Fuente de Alimentacin de 24V.

4. Controlador Lgico programable Micrologix 1500.

5. Control de Soplador y control de Dmper de Aire.

6. Control de vlvulas de gas.

7. Rel detector de Llama.

8. Bornes de Conexin.

9. Comunicacin Ethernet.

1

59

Interruptores Automticos de Proteccin.

Son dispositivos de proteccin contra cortocircuitos elctricos o sobre

corrientes, por lo cual estos elementos tienen la funcin de interrumpir el

suministro elctrico ante la presencia de los eventos mencionados.

En este proyecto se utilizaron 3 tipos de Interruptores Automticos o Circuit

Brekear.

Interruptores Tripolares.

Interruptores Bipolares

Interruptores unipolares

Fig. Iii-23:Circuit Breaker Trifsico.

Fig. III-24:Diversos Interruptores Automticos Que Se Usados En Este Proyecto.

60

Transformador de Control

El circuito de control conformador por controlador lgico programable PLC, rels

detector de llama, panel de operaciones y otros elementos de este sistema fueron

concebidos para trabajar con una tensin de control de 110V Ac, para disponer de esta

tensin se utiliza un transformador elctrico reductor de 380VAC/110VAC de 150VA.

Fig. III-25:Transformador Elctrico De 380V/110V

Fuente de Alimentacin de 24V Se utilizara una fuente de alimentacin conmutada de 90-250Vac/24Vdc

3.4amp, modelo 1606-XLS Allen-bradley, una de sus cualidades es su reducido

tamao y el montaje sobre riel din.

Fig. III-26:Fuente De Alimentacin De 24V,Montada Sobre Riel Tipo Din.

61

Controlador Lgico Programable PLC Micrologix 1500.

El MicroLogix 1500 es una plataforma de control lgico programable que cuenta

con un innovador diseo de dos piezas y medidas pequeas. El procesador y la base

se deslizan juntos para formar el controlador completo. Estos se reemplazan

independientemente, lo cual permite maximizar las opciones de E/S incorporadas y

minimizar los costos de inventario.

El controlador est formado por los siguientes componentes: una fuente de

alimentacin, circuitos de entrada, circuitos de salida y un procesador, y est pensado

para montarse sobre un riel DIN. En nuestro caso se dispone de:

Procesador modelo 1764-LPR, con 7Kb de capacidad para programa de

usuario.

Unidad base modelo 1764-24AWA: 12 entradas a 120Vac y 12 salidas de rel.

Mdulo de entradas discretas 1769-IA16, con 16 entras de 79/132Vac.

Mdulo de salidas analgicas 1769-ORF8C, 8 salidas 4-20ma

Mdulo de entrada de RTD 1769-IR6 de 6 entradas de sensores tipo rtd.

Fig. III-27: PLC Micrologix 1500 Y Mdulos De Entrada Y Salida.

Adems este PLC dispone de dos puertos de comunicacin Rs-232,

denominada Canal 0 y Canal 1.

62

Procesador modelo 1764-LRP y Unidad base modelo 1764-24AWA.

Fig. III-28:Procesador 1764-LPR Montado Sobre Base 1764-24AWA

Es el hardware inicial que compone al este PLC de tipo modular, en ella se

dispone del alojamiento para instalar la procesador o CPU, Adems dispone de 12

entras discretas de 110Vac y 12 salidas tipo rel, las cuales se utilizaron en este

proyecto segn lo indicado a continuacin.

Slot Modelo Tipo

Punto

Regleta

Direccin

PLC Descripcin

0 1764-24AWA DI 0 I:0/0 Selector Local

0 1764-24AWA DI 1 I:0/1 Selector Remoto

0 1764-24AWA DI 2 I:0/2 Energa de Control

0 1764-24AWA DI 3 I:0/3 Parada de Emergencia

0 1764-24AWA DI 4 I:0/4 Reset Alarma

0 1764-24AWA DI 5 I:0/5 Funcionando K1



0 1764-24AWA DI 8 I:0/8 Sobrecarga Rel Trmico

0 1764-24AWA DI 9 I:0/9 Sw Flujo Aceite

0 1764-24AWA DI 10 I:0/10 Partir Local

0 1764-24AWA DI 11 I:0/11 Parar Local

Tabla. III-1: Listado De Direcciones De Entrada Discretas De Modulo 1764-24AWA.

63

Slot Modelo Tipo

Punto

Regleta

Direccin

PLC Descripcin

0 1764-24AWA DO 0 O:0/0 Cmd V/v Gas Principal

0 1764-24AWA DO 1 O:0/1 Cmd V/v Llama Alta-Baja

0 1764-24AWA DO 2 O:0/2 Cmd V/v Gas Piloto

0 1764-24AWA DO 3 O:0/3 Ignicin

0 1764-24AWA DO 4 O:0/4 Disponible Reserva

0 1764-24AWA DO 5 O:0/5 Cmd K1 Contactor M

0 1764-24AWA DO 6 O:0/6 Cmd K2 Contactor Delta

0 1764-24AWA DO 7 O:0/7 Cmd K3 Contactor Estrella

0 1764-24AWA DO 8 O:0/8 Alarma Visual

0 1764-24AWA DO 9 O:0/9 Indicador Motor Detenido

0 1764-24AWA DO 10 O:0/10 Indicador Motor Funcionando

0 1764-24AWA DO 11 O:0/11 Indicador Sistema Falla

Tabla. III-2: Listado de Direcciones de Salidas discretas de Modulo 1764-24AWA

64

Mdulo de entradas discretas 1769-IA16

Es un mdulo que permite dotar de 16 entradas discretas de 79/132Vac. Es

decir, si se le aplica una tensin entre 79 a 132V esta tarjeta leer un estado lgico 1 y

si se le aplica una tensin inferior el modulo leer un estado lgico 0.

Fig. III-29: Vista De Modulo De Entradas Discretas 1769-IA16.

Slot Modelo Tipo

Punto

Regleta

Direccin

PLC Descripcin

1 1769-IA16 DI 0 I:1/0 V/V Gas Principal Energizada

1 1769-IA16 DI 1 I:1/1 V/v Llama Alta-Baja Energizada

1 1769-IA16 DI 2 I:1/2 V/v Gas Piloto Energizada

1 1769-IA16 DI 3 I:1/3 PS1 Presin Gas IN

1 1769-IA16 DI 4 I:1/4 PS2 Presin Gas Min

1 1769-IA16 DI 5 I:1/5 PS3 Presin Gas Max

1 1769-IA16 DI 6 I:1/6 PS4 Presin Gas Quemador

1 1769-IA16 DI 7 I:1/7 PS5 Presin Aire

1 1769-IA16 DI 8 I:1/8 Llama Encendida

1 1769-IA16 DI 9 I:1/9 Disponible Reserva







Tabla. III-3: Listado De Direcciones De Entrada Discretas De Modulo 1769-A16.

65

Mdulo de salidas analgicas 1769-ORF8C, 8 salidas 4-20ma.

Este mdulo permite generar un seal analgica de 4-20ma, es puede ser

posible utilizando alimentacin de 24VDC desde fuente de alimentacin de PLC o de

manera externa, en nuestro caso se utiliza configuracin externa a travs de fuente

instala en gabinete.

La funcin de este mdulo es poder controlar un Actuador elctrico (Dmper)

usado para regular la cantidad de aire que ingresa al quemador desde el soplador.

Fig. III-30: Vista De Modulo De Salidas Analgicas 1769-ORF8C,

Slot Modelo Tipo

Punto

Regleta

Direccin

PLC Descripcin

2 1769-OF8C AO 0 0:2.0 Dmper de Aire

2 1770-OF8C AO 1 0:2.1 Disponible Reserva







Tabla. III-4: Listado De Direcciones De Salidas Analgicas De Modulo 1769-ORF8C.

66

Mdulo de entrada de RTD 1769-IR6 de 6 entradas de sensores tipo rtd.

Gracias a la utilizacin de este mdulo nuestro PLC podr tener medicin

directa de temperatura a travs de la utilizacin de sensores RTD PT100.

Fig. III-31: Vista De Modulo De RTD 1769-IR6.

Slot Modelo Tipo

Punto

Regleta

Direccin

PLC Descripcin

3 1769-IR6 AI 0 I:3.0 RTD Temp Solucin

3 1769-IR6 AI 1 I:3.1 RTD Temp Aceite Salida

3 1769-IR6 AI 2 I:3.2 RTD Temp Aceite Interior

3 1769-IR6 AI 3 I:3.3 Disponible Reserva

Tabla. III-5: Listado De Direcciones De Entradas De RTD De Modulo 1769-IR6

67

Soplador y control de Dmper de Aire

El soplador de aire el cual operara a travs de un motor trifsico de 380V 10

HP y a travs de un dmper de aire el cual regula el volumen de aire que ingresa al

quemador.

Para el control del motor se dispone de un arrancador estrella-triangulo

comandado desde PLC, el objetivo de utilizar este arrancador es para disminuir la

intensidad de corriente durante el arranque del motor.

El arrancador est formado por 3 contactores Schneider Electric LC1D13,

denominados K1, K2,K3.

Fig. III-32: Arrancador Estrella-Triangulo De Nuevo Gabinete Elctrico

En condiciones de arranque el sistema energizara K1 y K2 durante 5 segundos

para generar el arranque en configuracin estrella, despus de este tiempo el PLC

desenergizado K2 y energiza K3, para operar en configuracin triangulo, con esto se

consigue el arranque del soplador con una demanda de corriente en el arranque

mucho menor que un arranque directo, adems el motor estar protegido a travs de

un rel trmico de 9-14amp.

68

Para controlar el volumen de aire que ingresa al soplador, se utiliza un Dmper

de aire, este esta conformado a travs de actuador elctrico Honeywell Modutrol IV, el

cual permite restringir la cantidad de aire, a travs del movimiento de su rotor desde 0

a 180 a travs de una seal de control de 4-20ma.

Fig. III-33: Actuador Elctrico Modutrol IV.

Control de vlvulas de gas.

La realizacin del control de gas propano se consigue mediante los siguientes

captadores y actuadores.

Switch de presin de Gas principal PS1

Switch de presin de Gas PS2

Switch de presin de gas mnimo PS3

Switch de presin de Gas mximo PS4

Switch de presin de aire de soplador PS5

Vlvula solenoide Principal de Gas SV1

Vlvula solenoide de gas piloto SV3

Vlvula solenoide de Gas/aire SV2

La utilizacin de estas vlvulas solenoides y sensores de presin, son

comandados desde el controlador lgico programable PLC.

69

Detector de Llama

Es uno de los elementos de seguridad mas importante, ya que tiene como

objetivo detectar la presencia de llama al interior del quemador, en caso contrario debe

informar al PLC para cerrar suministro de gas hacia el quemador y apagar todo el

sistema.

Esta compuesto por un detector ultravioleta el cual se conecta con un Rel

Honeywell RM7823, cuando el detector de UV es expuesto a un llama el genera un

corriente mayor 100ua, esto es detectado por Rel y este enva una seal discreta de

110V hacia PLC.

Fig. III-34: Detector de llama tipo UV Honeywell.

Fig. III-35: Rel Detector De Llama Honeywell RM7823.

70

Comunicacin Ethernet.

Para la operacin de modo remoto se puede acceder al sistema a travs de

interface de comunicacin Ethernet, para esto el sistema dispone de un interface

Ethernet/Rs-232 1769-NET ENI el cual se conecta al puerto com1 del PLC y permite la

comunicacin entre el PLC Micrologix y otro dispositivo utilizando Ethernet/IP.

Fig. III-36: Modulo EhertnetIP/Rs232 1769-NET ENI

71

Bornes de Conexin

Son elementos de conexin que permiten realizar la conexin desde el gabinete

hacia los sensores, valvular, soplador y otros dispositivos, para esto se disponen de 3

bornes.

Bornes de Fuerza.

Se distinguen con la nomenclatura T1 al T6 para la conexin de los conductores

de fuerza del motor trifsico, con de un calibre de 10AWG.

Bornes de Control XS.

Se destina para la conexin de elementos de control hacia el quemador con

una tensin 110V/220V, con de un calibre de 14AWG.

Bornes de instrumentacin XI.

Su funcin es la conexin de instrumentacin cuyo voltaje no supere los 24V,

Ej. Sensores RTD y Seal de 4-20 para Dmper de aire. con un calibre de 14AWG.

Fig. III-37: Bornes De Conexin De Nuevo Gabinete Elctrico.

Borne Fuerza

Borne de Control XS Borde de Instrumentacin

XI

72

III.2.9 DESCRIPCIN OPERACIN EN PANEL VIEW 1000.

La operacin y control se realizar desde un HMI del tipo PANEL VIEW PLUS

1000,donde el operador puede monitorear y manejar las distintas variables del sistema

del quemador de gas.

La manipulacin de los comandos de control puede ser tanto con la pantalla de

tipo Tctil, como de los pulsadores dispuestos en gabinete elctrico.

Los paneles de operacin PANELVIEW PLUS de ALLEN BRADLEY, entregan

un dispositivo de operacin robusto y muy verstil, el cual se aplicara en el control de

este proyecto.

MENU PRINCIPAL CONTROL CALDERA

En el Men principal de operacin de nuevo sistema Elctrico de control , en el

operador puede visualizar de manera directa los diversos estados de operacin de los

distintos elementos que conforman el sistema elctrico, como:

Temperatura de Salida de Caldera

Temperatura de Solucin

Temperatura Interna de Caldera

Presencia de Flujo de Aceite

Estado de Presostatos de gas y Aire.

Estado de Motor de Soplador

Estado de Dmper de Aire

Estado de Llama en quemador

Estado del Equipo en General

73

Proceso de encendido de Quemador de Calentador a Gas.

El operador utilizara la pantalla de operacin PanelView para interactuar con el

sistema de control del quemador de gas. Si se deseara poner en servicio el calentador,

el operador deber seleccionar el modo de operacin Local o Remoto, utilizando el

selector del gabinete de control. Para arrancar el sistema desde el gabinete deber

seleccionar modo local y fuese a travs de un arranque desde otro terminal de

operaciones deber seleccionar modo Remoto.

El siguiente ejemplo indicara las distintas etapas especificadas en la filosofa de

control donde se puede visualizar el modo de indicaciones con las que se encontrara

el operador.

Men Principal : Caldera Detenida, Equipo sin fallas a espera de orden de Partida,

para esto el operador deber pulsar el botn fsico verde del gabinete o a travs del

botn sobre la pantalla touch screen.

Fig. III-38: Vista De Men Principal De Operacin Calentador.

74

ETAPA DE PURGA: tras la orden de partida del sistema, el calentador realizada etapa

de purga, como se observa en la el panel de operaciones, ventilador en Operacin y a

espera de activacin de PS5.

Fig. III-39: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Purga.

ETAPA BARRIDO Test 1 :Tras realizar la etapa anterior el sistema pasara a la etapa

de barrido test 1, para esto se observa la energizacin de electro-vlvulas SV3 y SV2,

con esto el PS2 de mantenerse inactivo.

Fig. III-40: Vista de PanelView 1000 de operacin en etapa Barrido Test 1.

75

ETAPA BARRIDO Test 2 :En esta etapa el sistema desenergizar electro-vlvulas

SV3 y SV2 , para luego energizar SV1 con lo cual PS2 debe energizase.

Fig. III-41: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Barrido Test 2.

ETAPA BARRIDO FIN: Si la etapa anterior se realiza sin generar fallas, el sistema

terminara con el barrido para lo cual energizara de electro-vlvulas SV3 y SV2, tras

esto PS2 deber dejar de sensar presin.

Fig. III-42: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Barrido FIN.

76

ETAPA IGNICION: Tras realizar la etapa de barrido, en donde se comprob el correcto

actuar de electro-vlvulas y presostato el sistema iniciara la ignicin, con lo cual

energizara SV1 para permitir el paso de gas propano al quemador.

Fig. III-43: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Ignicin

A continuacin el sistema de control energizara transformador elevador para

generar un arco elctrico al interior del quemador (chispa).

Fig. III-44: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Ignicin Con Indicacin

De Chispa.

77

De manera posterior el sistema energiza vlvula piloto de gas SV3, para

suministrar un flujo pequeo de gas al quemador con lo cual si todo es correcto una

llama controlada al interior del quemador

Fig. III-45: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Ignicin ,Con Gas Piloto.

Para finalizar esta etapa el sistema energiza electro-vlvula de llama Baja /Alta

con la finalidad de suministrar un mayor cantidad de gas al quemador, con esto se

obtiene una llama de mayor volumen calrico con un suministro de aire a travs de

dmper de un 25%.

Fig. III-46: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Ignicin , Energizacin De SV2.

78

Con lo consiguiente tras finalizar la etapa de Ignicin el quemador pasara a la

etapa de operacin, en esta etapa el sistema modulara la llama en funcin de la

temperatura de aceite de Salida de caldera, con el objetivo de mantener un setpoint de

temperatura.

Fig. III-47: Vista De PanelView 1000 De Operacin En Etapa Operacin.

79

CAMBIO DE SETPOINT DE TEMPERATURA.

El setpoint es el valor en grados Celsius de la temperatura aceite trmico de

salida del calentador que el sistema intentara mantener constante. Esto es posible a

travs del cuadro indicado en el men principal llama TIC Caldera con solo realizar un

toque en pantalla touch screen se desplegara un teclado numero en donde el operador

puede ingresar un nuevo setpoint de temperatura.

Fig. III-48: Vista De PanelView 1000, Al Momento De Cambiar Setpoint De

Temperatura.

80

ESTADO DE FALLA

El sistema de control (PLC) en todo momento estar monitoreando la presencia

fallas en el sistema y ante esto el sistema generara un clara indicacin al operador a

travs de un mensaje en PanelView 1000, el cual indicara el tipo de falla y el fecha en

que ocurri sumando a la activacin de baliza estroboscpica en gabinete elctrico.

Fig. III-49: Vista De PanelView 1000, En Falla

Como se observa en la figura III-49 el sistema generado la detencin del

quemador por falla Baja presin Aire PS5 debido a que no detecta presencia de aire

tras energizar motor elctrico del soplador de aire. Se observa la indicacin de alarma

que claramente indica el origen del evento, esto es muy importante porque permitir al

personal de mantencin identificar rpidamente la causa de posibles fallas.

La deteccin de fallas corresponde a lo descrito en la filosofa de control en

donde se describen todas los eventos anormales que puede detectar el sistema

control.

81

MENU DIAGNOSTICOS CALDERA

En este men el operador Puede visualizar el estado de todas alarmas del

sistema, ante la presencia de alguna condicin de falla el sistema lo destacara con un

color Rojo.

Fig. III-50: Vista De PanelView 1000, Presencias De Alarmas En Men Diagnsticos.

Tras la nominacin fsica de la condicin de falla el operador puede reconocer

las alarmas a travs de la pulsacin del botn Reset tanto en PanelView como

gabinete.

Fig. III-51: Vista De PanelView 1000, Men Diagnsticos Tras Efectuar Reset.

82

MENU HISTORICO DE ALARMAS DE CALDERA

El Men de Historial de Alarma, es un registro histrico de la activacin de las

alarmas activadas durante la operacin del calentador, este registro permite determinar

y analizar la causa de posibles fallos en la operacin.

Fig. III-52: Vista De PanelView 1000, Men Historial De Alarmas.

MENU TENDENCIAS

Es posible visualizar la representacin grfica de la temperatura en funcin del

tiempo a travs de un grfico, el sistema podr almacenar registro por un periodo

mximo de un mes de operacin.

Fig. III-53: Vista De PanelView 1000, Men Tendencias.

Nuevo Sistema de Control Calderas.pdf

Documents

Transcript of Nuevo Sistema de Control Calderas.pdf