U N I V E R S I D A D D E A T A C A M A Departamento de Industria y Negocios

Facultad de Ingeniería

AUTOMATIZACIÓN DE SISTEMAS PRODUCTIVOS

"AUTOMATIZACIÓN DE PLANTA DE CHANCADO A TRAVÉS DE SISTEMA EXPERTO”

PROFESOR:

ALEXANDER BORGER

ALUMNOS:

FRANCISCO TORO G.

NORMAN ROJAS C.

REINALDO GUTIÉRREZ Q.

GABRIEL MUÑOZ M.

COPIAPÓ, ABRIL 2005

INTRODUCCIÓN

A nivel mundial y nacional se hace urgente la necesidad de optimizar el rendimiento de los

factores productivos de las faenas mineras. Para ello las empresas destinan recursos para

dotarse de componentes tecnológicos que permitan realizar las operaciones al grado de

competir de igual a igual con las empresas más eficientes del mundo.

OBJETIVOS

• Mostrar la aplicación de un sistema de control automático, para la optimización operacional del proceso productivo, en una Planta de Chancado (Secundario y Terciario).

• Aplicación de un sistema Experto para el manejo de las estrategias de control de proceso .

• Relevar la estrategia de control de tonelaje de mineral como parámetro fundamental del proceso.

• Indicar instrumentación asociada al control y su principio de funcionamiento.

CONSIDERACIONES DEL POR QUÉ AUTOMATIZAR

1.- Variabilidad de los procesos obliga a instrumentar y controlar.

2.- Mediciones de parámetros en línea crean confiabilidad.

3.- A mayor automatización, mayor productividad.

4.- Minimizar pérdidas de producción por decisiones operacionales sesgadas.

5.- Disminución de tiempos de reacción ante desviaciones del proceso.

PROCESO

DESCRIPCIÓN GENERAL PROCESO La Planta de Chancado en cuestión reduce de tamaño, 35.000 toneladas día de mineral en

promedio, procedentes de la de los diferentes sectores de la Mina. El contenido promedio de cobre

es de 0.56%. Las especies de cobre predominantes del mineral son Calcopirita y Calcosina;

también hay cantidades importantes de Pirita, Covelina y muchos minerales menores como

Bornita, Molibdenita, etc. Los circuitos de chancado, molienda y flotación recuperan un 80% de

cobre aproximadamente. Se produce un promedio de 600 toneladas por día de concentrado de

cobre con una ley de 28% Cu.

DDIIAAGGRRAAMMAA CCHHAANNCCAADDOO 22rriioo--33rriioo

SSEECCCC.. 22 SSEECCCC.. 33

CChhaannccaaddoorr 2211 CChhaannccaaddoorr 2222 CChhaannccaaddoorr 3311 CChhaannccaaddoorr 3322

CChhaannccaaddoorr 2200 CChhaannccaaddoorr 3300

HHaarrnneerroo 2200 HHaarrnneerroo 3300

SSEECCCC.. 11

CChhaannccaaddoorr 1100

CChhaannccaaddoorr 1111 CChhaannccaaddoorr 1122

HHaarrnneerroo 1100

HHAARR 1111 HHAARR 1122 HHAARR 2211 HHAARR 2222 HHAARR 2244HHAARR 2233 HHAARR 3311 HHAARR 3322 HHAARR 3333 HHAARR 3344

CCOORRRREEAA 3300

SSttdd..

CCaabbeezzaa CCoorrttaa

88 AAlliimmeenntt.. VViibbrraattoorriiooss

CCoorrrreeaa 2222

44 AAlliimmeenntt.. CCoorrrreeaa 44 AAlliimmeenntt.. VViibbrraattoorriiooss

CCoorrrreeaa 2211

88 AAlliimmeenntt.. VViibbrraattoorriiooss

CCoorrrreeaa 2233

Esta etapa esta constituida por 3 secciones las cuales reducen de tamaño el producto del

chancado primario. El proceso se inicia con la extracción del mineral desde el acopio de gruesos a

través de alimentadores electromagnéticos (controlados mediante variadores de frecuencia, marca

SIEMENS) y transportado mediante correas hacia las tres secciones.

El presente trabajo esta orientado a mostrar el funcionamiento de una de las secciones de

chancado, la cual tiene instrumentación asociada y una estrategia de control predefinida.

El proceso parte con la alimentación de mineral mediante 4 alimentadores de cinta controlados

mediante un variador de frecuencia más 4 alimentadores vibratorios (jeffrey), los cuales alimentan

la correa principal con mineral cuya granulometría máxima es de 6”. En la sección 1 se descarga el material a un Harnero Vibratorio de doble cubierta de 6 3/8" x 5/8" y

5/8" x 5/8", que descarga el sobretamaño directamente a un Chancador Symons Standard de 7', el

que alimenta a una pareja de Harneros Vibratorios con malla de abertura de 1/2", del mismo modo

el sobretamaño de ambos harneros es tratado en dos Chancadores Symons cabeza corta 7'. En

las secciones 2 - 3 el mineral es alimentado a un Harnero Vibratorio Simple Cubierta de 6 3/8" x1

5/8", que descarga el sobre tamaño a un Chancador Symons Standard de 7' el que alimenta otro

par de Harneros Vibratorios de 1/2" x 1/2". El bajotamaño del primer harnero alimenta otro par de

Harneros Vibratorios de 1/2" x 1/2" y su sobretamaño alimenta a dos Chancadores Symons

Cabeza Corta de 7'.

El producto obtenido de los chancadores terciarios y el bajo tamaño de los harneros con

malla 1/2" en las tres secciones, es depositado en una correa transportadora de 60", medio por el

cual es conducido a un acopio de finos que tiene una capacidad de 16000 ton vivas y 16000 ton

muertas.

INSTRUMENTACIÓN ASOCIADA

SENSOR DE NIVEL

Los métodos de medición de niveles por ultrasonidos se basan en la medición del tiempo de retorno de una señal acústica emitida por un sensor que se refleja en la superficie del líquido o sólido y es recibida de vuelta por el mismo sensor

PESOMETRO

El principio de funcionamiento es el de Strain gage que consiste en la deformación de

placas metálicas internas el que es detectado por sensores que varían su resistencia en

un circuito eléctrico denominado Puente de Wheaston

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL PESOMETRO DE CORREA TRANSPORTADORA El Strain Gage es uno de los sensores de medida de tensión ampliamente usados. Es una unidad resistiva elástica, cuyo valor en la resistencia cambia y es una función de tensión aplicada donde R es la resistencia, y es la tensión, y S es el factor de sensibilidad de tensión del material de usado (el factor de Strain Gage en algunos libros). Entre los materiales de tensión, la resistencia de tensión de un alambre eléctrica tiene las ventajas de más bajo costo y siendo un producto establecido. Así es el tipo normalmente usado de dispositivo. Otros tipos de prendas de tensión son acústicos, capacitivo, inductivo, mecánico, óptico, el piezo-resistivo, y semi-conductivo. Un material de tensión de alambre esta hecho de resistencia, normalmente en el formulario de lámina de metal, garantizado en un apoyo elástico. Su principio está basado en el hecho que la resistencia de un alambre aumenta con la tensión creciente y disminuye con la tensión decreciente, como fue informado por Señor Kelvin en 1856. Considere una prenda de tensión de alambre, como se ilustró anteriormente. El alambre está compuesto de un conductor uniforme de resistividad eléctrica ρ con la longitud l y área de la sección-cruz A. Su resistencia R es una función de la geometría y está dada por

La proporción de cambio de resistencia es un efecto de combinación de cambios en la longitud, área de la sección-cruz, y la resistividad Cuando el material de tensión se ata y une bien a la superficie de un objeto, se considera que los dos deforman juntos. La tensión del alambre del material de tensión a lo largo de la dirección longitudinal es igual que la tensión en la superficie en la misma dirección. Sin embargo, su área cruz-particular también cambiará debido a la proporción del Poisson. Suponga que el alambre es cilíndrico con el radio inicial r. La tensión normal a lo largo de la dirección radial es La proporción de cambio de área de la sección-cruz es dos veces la tensión radial, cuando la tensión es pequeña. La proporción de cambio de resistencia se vuelve Para un material dado, la sensibilidad de resistencia contra la tensión puede ser calibrado por la ecuación siguiente. Cuando el factor de sensibilidad que S se da, (normalmente con tal de que por vendedores de materiales de tensión) la media tensión al punto de atadura de la Stain Gage puede obtenerse midiendo el cambio en la resistencia eléctrica de la prenda de tensión. Recordemos las relaciones entre la medida de tensión εl y la resistencia R del material del alambre del fondo teórica Convertir el cambio en la resistencia fatigar, el factor de sensibilidad que S del material de tensión, debe determinarse primero. El factor de sensibilidad de los materiales de prueba de tensión comunes se presentan en una tabla mas adelante. Sólo se listan Platino y Níquel, los que no solo se usan solo en el formulario para los propósitos de la comparación donde es afectado por el cambio en la longitud del alambre, área de sección-

cruz, y la piezo-resistencia del material del alambre. Desde que más materiales de metal tienen la proporción del Poisson alrededor de 0.25 a 0.35, el 1 + 2υ el término del factor de sensibilidad de tensión se espera que S sea 1.5 a 1.7. Sin embargo, el factor de sensibilidad de tensión propio S los rangos varía de -12.1 en Níquel a 6.1 en Platino. Esta amplia variación indica que el cambio en el resistividad eléctrica ρ, el llamada efecto de piezo-resistencia, puede ser bastante grande en algunos materiales. TABLA DE SENSIBILIDAD DE MATERIALES

Material Sensitivity (S) Platinum (Pt 100%) 6.1 Platinum-Iridium (Pt 95%, Ir 5%) 5.1 Platinum-Tungsten (Pt 92%, W 8%) 4.0 Isoelastic (Fe 55.5%, Ni 36% Cr 8%, Mn 0.5%) * 3.6 Constantan / Advance / Copel (Ni 45%, Cu 55%) * 2.1 Nichrome V (Ni 80%, Cr 20%) * 2.1 Karma (Ni 74%, Cr 20%, Al 3%, Fe 3%) * 2.0 Armour D (Fe 70%, Cr 20%, Al 10%) * 2.0 Monel (Ni 67%, Cu 33%) * 1.9 Manganin (Cu 84%, Mn 12%, Ni 4%) * 0.47 Nickel (Ni 100%) -12.1 Isoelastic, Constantan, Advance, Copel, Nichrome V, Karma, Armour D, Monel, and Manganin

PUENTE DE WHEASTONE

El dispositivo se muestra en la figura y está compuesto de cuatro resistencias, R1, R2, R3 y R4 = Rx conectadas entre sí y alimentadas por una fuente de tensión E. Un galvanómetro se conecta entre los puntos c y d permitiendo determinar cuando el puente se encuentra en equilibrio

SENSOR DE VELOCIDAD

SENSOR DE RPM

Este sensor de RPM esta instalado en la polea conducida de un chancador de

mandíbulas, el cual debe mantener ciertas revoluciones por minuto. En el momento

de bajar sus rpm a causa de los atollos de mineral sobretamaño, el sensor envía una

señal al alimentador vibratorio, ubicado antes de la línea, para que se detenga o baje

su velocidad y de este modo no detener el proceso aguas abajo.

CONTROL BASICO

El control básico es el control mínimo que debe tener un proceso automatizado, el cual

debe contar con las siguientes características:

Primer nivel de Control (PID´S).

Permite al operador de la Sala de Control mantener el proceso operando y estable.

Limitaciones para manejar situaciones Complejas.

Requiere inversión importante en Hardware y Software.

CONTROL EXPERTO

DESARROLLO DEL CONTROL AVANZADO SISTEMA EXPERTO GENSYM (G2)

GENERALIDADES

Los sistemas de control avanzado se aplican a procesos determinados y su objetivo es

obtener el mejor control del proceso en las plantas.

La aplicación de los sistemas de control avanzado crece de día en día por los beneficios que

permite conseguir en la automatización de la planta. Las ventajas que presenta la aplicación

de los sistemas de control avanzado abarcan: el ahorro de energía conseguido en la

operación de la planta, el aumento de capacidad de tratamiento, la disminución de costo de

operación.

Los rendimientos típicos que ofrecen los sistemas de control avanzado son los siguientes:

Ahorro de energía en un 5 % .

La capacidad de producción de la planta aumenta desde un 3 % al 5 %.

El costo de operación de la planta se ve reducido del 3 % al 5 %.

Los porcentajes de recuperación mejoran del 3% al 5 %

El retorno de la inversión se reduce de 1 a 5 años.

Definición y Conceptos de Sistemas Expertos.

Los sistemas expertos se integran en el sistema de control de las plantas para asistir al

operador en la detección y solución de los casos en que el proceso sale fuera de control. Los

sistemas expertos han sido posibles gracias al microprocesador. El Sistema Experto detecta

y diagnostica los problemas potenciales que pueden presentarse en el control de procesos

de una planta industrial. La elaboración del paquete experto es laboriosa. Es necesario

adquirir el conocimiento del proceso que poseen los operadores de la planta y los

ingenieros proyectistas para incorporarlo al sistema experto.

Este conocimiento se basa fundamentalmente en las señales de alarma que el operador

humano capta antes de presentarse las situaciones anómalas en el proceso, situaciones que

dan lugar a toda clase de fenómenos perjudícales como son: paro de planta, destrucción de

la producción, explosiones, desprendimientos de productos peligrosos, etc.

Para la elaboración de las bases del conocimiento se hace un amplio uso de pantallas y

menús que permiten al usuario, sin tener experiencia en sistemas expertos y con la ayuda

del programa, construir los modelos del proceso, entrar los parámetros del sistema,

especificar las variables críticas y otros datos del conocimiento.

El sistema experto también debe incorporar las operaciones necesarias para solucionar

correctamente las situaciones anómalas del proceso.

El diseño de los diagramas de flujo y las configuraciones del control de la planta

(presentaciones visuales, procesos simulados) requiere trabajar con un lenguaje de

programación que permita al proyectista una gran versatilidad. Si bien en la industria se

había trabajado inicialmente con FORTRAN por sus características generales de cálculo

científico, la versatilidad y la potencia que pide el sistema experto excluye el empleo único

de este lenguaje.

El uso de cajas negras de sistemas expertos versátiles, que se encuentran disponibles en

ordenadores personales, tampoco es la solución por la falta de potencia que requiere la

elaboración del sistema experto, siendo lo adecuado las estaciones de trabajo en LISP (o en

PROLOG) complementadas por herramientas de cálculo numérico que utilicen FORTRAN,

PASCAL o C. De este modo, estas estaciones permiten la obtención del conocimiento

cualitativo y cuantitativo que exige el sistema experto.

Ingeniería Básica del Sistema de Control Avanzado.

Asimismo, para cada una de las estrategias antes mencionadas, las actividades que se

deberán realizar en la Ingeniería de Detalle son las siguientes:

Diseño lógico de cada estrategia (objetivo, alcance, acciones, lógica decisional,

información utilizada, parámetros de sintonía, pre - procesamiento de la

información), incluyendo el algoritmo decisional y sus relaciones de interacción

con el proceso y operador.

En cada caso, y en base al conocimiento de cada proceso, se toma en

consideración las características operacionales y de respuesta que exhibe, junto

a los requerimientos de operación y seguridad que ello demanda.

Diseño lógico de los algoritmos para el pre - procesamiento de la información

requerida por cada estrategia.

Diseño físico de cada estrategia, en lo cual se determinará la forma de

Implementación de ella en la plataforma que corresponda según sus

requerimientos y características.

Diseño de los despliegues para operación y sintonía de las estrategias, en la

plataforma que corresponda.

Poblamiento y configuración en PLC S7-400, (HMI) Sistema supervisor Wincc,

Sistema de adquisición de datos donde reside el computador de procesos, de

cada uno de las variables y / o parámetros que se utilizará en cada estrategia.

Poblamiento y configuración en el Computador Supervisor de los

requerimientos de comunicación (lectura/escritura) con la red de PLC S7-400

SIEMENS PROFIBUS –FMS.

Construcción de cada estrategia (o de cada uno de sus componentes) en el

ambiente correspondiente (PLC, Computador de Proceso y Software G2).

Pruebas de operación, depuración y sintonía preliminar fuera de línea de cada

estrategia.

Puesta en operación y sintonía en línea de las estrategias.

Preparación de los Manuales de Usuarios y de Referencia de las estrategias.

Entrenamiento a usuarios, acerca de la operación y uso de cada una de las

estrategias implementadas.

Especificación del procedimiento para pruebas y evaluación de las estrategias de

control.

Supervisión general de la ejecución de las pruebas para evaluación de las

estrategias de control Colección y análisis de los datos operacionales durante el

período de evaluación, y determinación de resultados y conclusiones.

Diseño Lógico Estrategias de Control Supervisor.

Introducción

Los diseño lógico de las estrategias de control avanzado a implementar en las Plantas de

Chancado, en está etapa de reducción de tamaño del mineral existen posibilidades directas

de incorporar estrategias con las que se pueda contribuir a la disminución de costos como

aumento de los ingresos, lo que apunta directamente al aumento de la utilidades marginales

y tiene, por lo tanto, una asociación directa con el objetivo económico antes planteado. De

lo indicado anteriormente, se deberá realizar dos tipos de estrategias, que son:

• Estrategias para Manejo de Condiciones Anormales.

• Estrategia para el Manejo Global de la Operación.

En la tabla siguiente se entrega una lista de las estrategias, asignándoles un número y un

nombre abreviado, los que se usarán para referirse a éstas en el resto de esta memoria.

Estrategias a Implementar

Num. Nombre Descripción Condición

1 MSACHA Manejo de situaciones anormales en

Chancado

NUEVA

2 GLOCHA Global Chancado NUEVA

En las secciones siguientes se describe el diseño lógico de las estrategias.

Estrategias para Manejo de Situaciones Anormales en Chancado Secundario.

El Objetivo de este grupo de Estrategias es:

“Lograr condiciones operacionales seguras luego de una detención y / o partida de

cada sección y tomar acciones para estabilizar la operación”.

Las situaciones anormales son aquellas en que una sección o equipo sale de servicio, o

vuelve a operación en forma inmediata después de una caída. El manejo de estas

situaciones tiene como objetivos preservar la operación del resto de la sección en

condiciones estables, en el caso de caída de un equipo individual, y asegurar condiciones

seguras de operación en caso de caídas y reposición de secciones completas.

Disminuir el tiempo de estabilización de la sección ante caídas parciales, y el tiempo de

recuperación ante caídas de secciones completas.

Ambos objetivos tienen como resultado proporcionar una mayor disponibilidad de la

planta.

Estas estrategias no se ocupan de las causas de las caídas, las cuales pueden ser fallas

totales o parciales en la distribución de fuerza a los equipos, u operación de interlocks.

Las situaciones de detención y reposición definidas como anormales se refieren a eventos

inesperados, y su tratamiento se concentra en las reglas generales para su manejo,

asumiendo que las condiciones de operación generales no se ven modificadas. Esto las

distingue de las detenciones y partidas normales, en las cuales el operador debe hacerse

cargo de las condiciones del proceso como ley de mineral alimentado, disponibilidad de

mineral, agua y equipos, y consignas de operación.

Por consiguiente, las estrategias de manejo de situaciones anormales no son aplicables a

partidas y paradas normales de la planta o de sus secciones.

En general, las estrategias de manejo de situaciones anormales están concebidas como una

secuencia automática de acciones que, en ausencia de acciones del operador, establecen

condiciones de seguridad o estabilidad en los equipos o secciones afectadas. El accionar de

estas “ estrategias no debe interferir con el operador “, sino que por el contrario, debe actuar

como “ un respaldo y/o apoyo “ de su quehacer. Por ejemplo, ante la caída de un equipo o

sección, la estrategia debe hacerse cargo de las acciones obvias para asegurar o estabilizar

la planta, liberando al operador para que éste pueda prestar atención a las causas del evento,

y a su remedio o corrección.

Asimismo, si el operador decide que es necesario tomar acciones diferentes que las

definidas en la estrategia, deberá tener la plena capacidad de hacerlo, sin que la estrategia le

imponga inhibición alguna. Para cada estrategia habrá un mando para suspender la acción

de la misma.

El tratamiento para cada situación se describe en tablas con el siguiente formato:

La primera tabla, “Identificación de la situación” indica la combinación de condiciones que

permitirán detectar la situación. Esta combinación se tratará en la mayor parte de los casos

como un evento, es decir, en el momento en que esta combinación se hace verdadera, se da

por iniciado el tratamiento de la situación anormal.

La siguiente tabla describe la secuencia de pasos a seguir el tratamiento de la situación

anormal.

“Equipo” se refiere al equipo o elemento sobre el que se realiza la acción.

“Secuencia” indica el orden en que se realizan las operaciones. Las operaciones con el

mismo número de secuencia se realizan en forma simultánea.

“Evto / Perm” Indica la condición de la operación en el tiempo.

“E” Por evento, significa que al detectar la situación, se realiza la acción, pero esta no

queda enclavada. Esto implica que, inmediatamente después, el operador tiene control y

puede operar el equipo si lo desea.

“P” Permanente, significa que la acción queda enclavada o permanece mientras no se

completa el paso de secuencia.

“Acción” describe la acción realizada.

La tercera tabla describe los parámetros que se utilizan en la secuencia. Estos son valores

predeterminados de tiempos o setpoints que el operador o el ingeniero de procesos

establece para la acción de algunos pasos de las secuencias.

“Parámetro” identifica el parámetro tal como es referido en los pasos de secuencia que lo

utilizan.

“Valor estimado” es el valor inicial estimado para el diseño, el cual será ajustado

posteriormente en la puesta en marcha, y en operación.

“Unidades” indica las unidades del parámetro

“Descripción” describe el parámetro y su uso.

Detección de Bajo Inventario.

Esta estrategia no corresponde a un procedimiento o secuencia de operación, si no a estimar

una condición, deduciéndola a partir del comportamiento de las variables o mediciones

disponibles.

La condición a deducir es la situación de bajo inventario en el acopio correspondiente a

cada sección.

Para lograr el objetivo se consideran los siguientes criterios:

Vigilancia de la señal del Pesómetro de la correa de alimentación.

Para esto, se calcula un estimador de la forma:

WE = [( W - WM ) / WD ] 2

donde:

W es la señal de flujo másico

WM es un promedio móvil de la señal de flujo másico

WD es el rango de variación de la señal de flujo másico en condiciones

normales.

Cuando las variaciones de la señal se mantengan dentro del rango de variación normal,

respecto del promedio, WE tendrá un valor menor que 1. Al sobrepasar el rango de

variación normal el estimador WE tomará valores mayores que 1.

Se deberá sintonizar el valor de WD, el período de muestreo y el período para el promedio

móvil.

Balance de flujos entrantes y salientes del acopio

Este criterio está implementado actualmente en el sistema de control de la Concentradora.

Este criterio tiene imprecisiones que provienen de la dificultad de discriminar con precisión

cuando la carga del tripper está entrando en una sección o en otra, y en los errores de

medición de los Pesómetros. Este balance debe ser corregido periódicamente contra

estimaciones visuales del inventario.

Medición de inventario con sensores de nivel

Está en estudio la instalación de otros medios para la medición del inventario.

Una de ellas es usar sensores de nivel ultrasónicos en el acopio de finos, los cuales

permitirán obtener una estimación del inventario de carga a partir del nivel medido. Esta

estimación se ve afectada por la geometría variante de la distribución de carga en el acopio,

y por imprecisión de la señal cuando el acopio está con bajo nivel, debido a que el polvo en

suspensión afecta la señal ultrasónica.

Sin embargo, es posible aprovechar las circunstancias en las cuales esta medición es más

confiable (por ejemplo, cuando los acopios están llenos) para contrastar con ésta las

estimaciones obtenidas con los otros criterios.

Otra alternativa, cuya factibilidad se determinará mediante pruebas de un instrumento

facilitado por el proveedor, es un medidor de rango láser, el cual proporciona dos

mediciones: en sentido horizontal entrega la ubicación del tripper a lo largo de su recorrido,

y en sentido vertical, mide la altura de la carga bajo el tripper, entregando un perfil

longitudinal de la carga en el acopio a medida que el tripper se desplaza.

Este método tiene limitaciones debidas a interrupción del rayo por nubes de polvo en

suspensión. Sin embargo si estas son poco frecuentes, la información que se puede obtener

es de mucha mejor calidad que la de los otros métodos, siempre que el tratamiento de los

datos sea capaz de superar la limitación indicada.

El método para detectar la condición de bajo inventario en los acopios considera combinar

los criterios descritos, en base al siguiente esquema:

i) Contrastación de balance de carga contra sensores de nivel:

IB Inventario según balance de flujos, en cada sección

IN Inventario estimado según Nivel, en cada sección

Si IN >= 80%,

Entonces Si | IB - IN | >= 10%

Entonces Corregir IB = IN

Fin

ii) Alarmas por detección de bajo inventario por cada método

Se emitirá una alarma al operador cuando cualquiera de los métodos detecte la condición de

bajo nivel, individualizando en el mensaje la fuente de la alarma. Las alarmas a emitir

serán las siguientes:

Alarma de bajo inventario sección nn por Pesómetro

Alarma de bajo inventario sección nn por balance de carga

Alarma de bajo inventario sección nn por sensor de nivel

En condiciones ideales, las tres alarmas deberían aparecer en forma relativamente

simultánea. Sin embargo, es necesario tener en cuenta las limitaciones de cada método. En

general, el nivel de inventario en las secciones adyacentes afecta la forma en que se dispone

la carga en la sección actual. Si las secciones adyacentes están vacías y la sección actual

está llena, parte de la carga de la sección actual puede desplazarse hacia las secciones

adyacentes, alterando el balance. Lo mismo ocurre en el caso inverso. Adicionalmente, si la

operación de los alimentadores en una sección no es pareja, se pueden producir distorsiones

en el perfil de carga, afectando la medición de nivel.

Detención de correa de alimentación a una sección.

Se pueden dar dos situaciones:

1.- Detención de correa por acción del detector de metales, en éste caso la

situación queda en manos del operador quién aplicará el procedimiento de

seguridad respectivo para retirar los elementos metálicos detectados, por lo

tanto la estrategia experta será facilitar esta labor.

2.- Detención de correa por otra causa distinta del detector de metales, en éste

caso se aplicará la estrategia descrita a continuación:

Ante la detención de la correa, los alimentadores se detienen por interlock.

El operador puede autorizar detención total si no hay otras excepciones.

Ante situaciones como atollo en algún Chancador o Harnero, debe decidir

que equipos siguen operando y detener manualmente los restantes.

Detención de Correa de Alimentación a una Sección

Identificación de la situación Sección operando Y Correa detenida

Equipo Secuencia Evto / Perm Acción General Correa y alimentadores

1 Preserva setpoint de correa y alimentadores. Controladores a manual, y setpoints a 0

Harnero secundario 6 Si detención autorizada, detener. Chancador standard

2 Activa detección de Chancador standard vacío por nivel de potencia. Al detectar Chancador vacío, inicia un reloj que indica tiempo de operación en vacío.

6 Si detención autorizada, detener. Distribuidor carga 3 Al detectar Chancador standard vacío, lleva

controlador de distribuidor a manual y OP a cero (centro)

Compuertas Harneros gruesos 6 Si detención autorizada, detener. Harneros finos 6 Si detención autorizada, detener. Chancadores cabeza corta

2 Activa detección de Chancador cabeza corta vacío por nivel de potencia. Al detectar Chancador vacío, inicia un reloj que indica tiempo de operación en vacío.

6 Si detención autorizada, detener. Operador : Indicación/Acción

1 P Detención de correa detectada

2 E Indicación de relojes de Tiempo en vacío de Chancador Estándar

3 E Distribuidor en manual 4 E Cumplido tiempo T1 (3 min.) desde detección de

Chancador Estándar vacío , recomienda detener Chancador Estándar

5 Cumplido tiempo T2 (5 min.) desde detección de Chancador Terciario vacío , recomienda detener Chancadores Terciarios

6 Operador : autorice detención total de equipos aún funcionando

Parámetro Valor Estimado Unidades Descripción

T1 3 min. Tiempo para recomendar detención de Chancador Estándar

T2 5 min. Tiempo para recomendar detención de Chancadores Terciarios

P1 50 Kw Potencia Chancador Estándar Nº 10 en vacío P2 50 Kw Potencia Chancadores Terciarios Nº 11 y 12 en vacío P3 30 Kw Potencia Chancador Estándar Nº 20 y 30 en vacío P4 30 Kw Potencia Chancadores Terciarios Nº 21, 22, 31 y 32 en

vacío

Reposición de correa de alimentación a una sección.

Esta estrategia asume que hubo una detención de correa, y que el resto de la sección sigue

operando. En otro caso, se debe considerar como reposición total de una sección, lo que se

realiza manualmente.

Reposición de Correa de Alimentación a una Sección Identificación de la situación Sección operando y Correa detenida y Orden de reposición

Equipo Secuencia Evto / Perm Acción

General Correa y alimentadores 1 Pone PO de correa a P1 (10%) y da partida a correa 2 Una vez que correa paso su aceleración, da partida a

alimentadores 3 Pone setpoint de correa a P1 (10%) y pasa a automático 4 Si operador ordena régimen anterior, repone setpoint

anterior. Harnero secundario Chancador standard Distribuidor carga 3 Pasa control a automático Compuertas Harneros gruesos

Harneros finos

Chancadores cabeza corta Operador : Indicación/Acción

1 P Reposición de correa iniciada

2 E Arranque de alimentadores 3 E Sección a automático 4 E Operador decide llevar sección a régimen anterior o

ajustar setpoint de carga a otro valor

Parámetro Valor Estimado

Unidades Descripción

P1 10 % Valor inicial para arranque de sección

Caída total de una sección.

La caída de la sección supone que no se puede operar ningún equipo. El operador debe

ordenar despeje de carga por procedimientos manuales antes de reponer en funcionamiento

la sección.

Caída total de una Sección Identificación de la situación Chancador standard detenido y Chancadores cabeza corta

detenidos y harneros detenidos

Equipo Secuencia Evto / Perm Acción

General Correa y alimentadores 1 Preserva setpoint de correa y

alimentadores. Controladores a manual, y setpoints a 0

Harnero secundario Chancador standard Distribuidor carga Compuertas Harneros gruesos Harneros finos Chancadores cabeza corta Operador : Indicación/Acción

1 P Detección de caída de sección

2 E Ordena verificación visual de condición de Chancadores y harneros, e inicia procedimientos manuales de despeje de carga.

Caída de un Chancador Terciario.

Ante esta situación, se intenta no detener el resto de la sección con carga, para evitar tener

que despejar carga de toda ella. El operador tiene la opción de parar toda la sección si es

necesario.

Caída de un Chancador Terciario

Identificación de la situación Sección funcionando Y Un Chancador cabeza corta detenido

Equipo Secuencia Evto / Perm Acción General Correa y alimentadores 1 Preserva setpoint de correa y alimentadores.

Controladores a manual, y PO a 0. Detención alimentadores. Correa sigue corriendo

4 Setpoint de correa y alimentadores a P1( 50% ) del setpoint anterior. Controlador a automático.

Harnero secundario Chancador standard Distribuidor carga 1 Controlador de distribuidor a manual . Lleva

OP a un extremo, para derivar toda la carga al Chancador que sigue funcionando

Compuertas Harneros gruesos Harneros finos Chancadores cabeza corta Operador : Indicación/Acción 1 P Detección de caída de Chancador terciario 2 P Ordena verificación visual de condición de

distribuidor de carga 3 E Operador autoriza continuación 4 E Reinicia alimentación a P1 (50%) de régimen 5 E Regula carga a media sección deteniendo

algunos alimentadores

Parámetro Valor Estimado

Unidades Descripción

P1 50 % Factor para operación con un 5chancador

Caída de un Chancador o harnero secundario.

Ante esta situación, la correa y alimentadores se detienen por interlock. Los equipos aguas

abajo deben seguir funcionando para despejar su carga, y permitir el despeje de la carga que

se retire de los equipos atollados.

Caída de un Chancador o Harnero Secundario. Identificación de la situación Detención de Harnero secundario O Detención Chancador

Estándar

Equipo Secuencia Evto / Perm Acción 5General Correa y alimentadores 1 Preserva setpoint de correa y alimentadores.

Controladores a manual, y PO a 0. 4 Pone PO de correa a P1 (10%) y da partida a correa 5 Una vez que correa paso su aceleración, da partida a

alimentadores 6 Pone setpoint de correa a P1 (10%) y pasa a

automático 7 Si operador ordena régimen anterior, repone setpoint

anterior. Harnero secundario 3 Arranque harnero Chancador standard 3 Arranque Chancador Distribuidor carga 1 Controlador de distribuidor a manual . Mantiene su

condición 6 Controlador a automático

Compuertas Harneros gruesos Harneros finos Chancadores cabeza corta Operador : Indicación/Acción 1 P Detección de caída de Chancador estándar o harnero

secundario 2 P Ordena verificación visual de condición de Chancador

estándar 5y harnero, e inicia procedimiento manual de despeje de carga

3 E Una vez resuelta anomalía Reinicia operación normal, coordinando con eléctricos disponibilidad de energía

4 E Arranque Correa 5 E Arranque alimentadores 6 E Alimentación a automático 7 E Operador decide llevar sección a régimen anterior o

ajustar setpoint de carga a otro valor

Parámetro Valor Estimado Unidades Descripción P1 10 % Valor inicial para arranque de sección

La información utilizada para ello es la correspondiente al estado operacional (estado de

equipos y variables de proceso) que existía antes de la situación anormal y el estado en el

cuál debe quedar la sección y condiciones de equipos luego de las acciones de la estrategia.

Estrategias de control supervisor.

Estrategia Global Chancado (GLOCHA).

El Objetivo postulado para la estrategia que maneje la operación en está Planta es :

“Organizar y Coordinar la Operación de las Secciones de la Planta, de modo que se

logre una minimización del consumo específico de Energía en Chancadores y Correas,

para una abertura de descarga dada de Chancadores”.

Como se aprecia , una forma de reducción de costos se logra en forma directa con el

cumplimiento de este Objetivo.

Estrategia Global Chancado.

Nombre de la estrategia GLOCHA

Objetivos Minimizar gasto energético en secciones de chancado

Restricciones Externas Tonelaje a procesar

Restricciones internas Disponibilidad de mineral en acopio

Decisión/acción Setpoint de tonelaje por sección

Mediciones Tonelaje histórico reciente por sección

Consumo energético histórico reciente por sección

Esta estrategia determina el consumo específico de energía por cada sección en base a la

historia reciente (últimas horas), y distribuye el tonelaje requerido prefiriendo las secciones

de menor consumo energético, teniendo en cuenta la disponibilidad de mineral en el acopio,

para cada sección. La operación de esta estrategia asume que todas las secciones operan a

granulometría similar (apertura de chancadores iguales)

Wa = Wc(i)

Asigna cargaa una sección

Wr >Wc(i)SINO

Wa = Wr

|Dw| > Dwmax

Dw = Wa - W(i)

Wa(i) = W(i) + Dwmax

SINO

Wa(i) = W(i) + Dw

Wr = Wr - Wa(i)

RetornoEspera T1

Calcula Es(i)

Ordena por Es(i)Creciente

Wr = Wtotal

Para i = 1 a 3

Asigna cargaa una sección

GLOCHA

Donde : Es(i) Energía específica de la sección i : Es = Suma (Equipos) / Ton sección Wtotal = Tonelaje total a procesar Wr = Tonelaje restante a distribuir Wc(i) = Capacidad de procesamiento de sección i W(i) = Tonelaje procesado actual por sección i Wa = Tonelaje asignado (provisorio) Dw = Diferencia de tonelaje asignado Dwmax = Máxima diferencia de tonelaje permitido Wa(i) = Tonelaje asignado a sección i (definitivo)

Diseño Físico Estrategias de Control Supervisor.

En este Sub-capitulo se define el diseño físico o detallado de las estrategias de control

avanzado a implementar en las Plantas de Chancado. Para esta definición se ha utilizado

como fundamento lo definido en el informe de Ingeniería Básica, lo definido en el Sub-

capitulo DISEÑO LÓGICO DE ESTRATEGIAS, y los antecedentes técnicos recogidos en

terreno.

Diseño Lógico Estrategias

Num. Nombre Descripción Condición

1 MSACHA Manejo de situaciones anormales en Chancado NUEVA

2 GLOCHA Global Chancado NUEVA

Criterios Generales de Diseño.

Los criterios generales de diseño se refieren a la forma de implementar la aplicación

formada por las estrategias.

Implementación de estrategias

Las estrategias se implementarán en su totalidad en la plataforma formada por el software

G2 y el computador donde este software reside. En esta se construirá los objetos y métodos

o procedimientos que realizarán las operaciones necesarias.

De esta manera, se minimiza la necesidad de intervenir en los sistemas de control directo (

PLC Siemens). La interacción con las variables del sistema de control se reducen a su

lectura, para las que son de entrada al sistema G2, y a su escritura, para las que son de

salida.

En el caso de las variables y señales de salida del sistema G2 hacia el sistema de control,

será necesario crear lógica de selección para evitar contradicciones en aquellas variables o

comandos que provengan de otro origen. Esta se reduce a crear “selectores” que definen la

fuente del comando. Los selectores serán manejados normalmente desde el G2, para

simplificar la lógica de asignación.

Deberá sin embargo existir uno o más comandos de “Override” en cada sistema de control,

que permiten recuperar el mando para asegurar su continuidad de operación en caso de

problemas de comunicación, o caída del sistema G2.

Dialogo Operador – Estrategias.

La interacción del operador con las estrategias se implementará también en su totalidad en

el ambiente G2, y hacia el sistema de control se transferirá solo la información referida a

sus estados de operación (estrategia activada, alarmas, etc.).

El fundamento para esta definición esta basado en el hecho de que para una correcta

Implementación es necesario tener en el ambiente G2 un conjunto de datos que definen

completamente el estado de las variables y equipos del proceso, y que la interacción o

diálogo del operador con las diferentes estrategias se realiza en términos de este conjunto

de datos. Debido a la naturaleza de la tecnología de programación orientada a objetos del

programa G2, la Implementación de los diálogos entre el operador y las estrategias se

realiza en forma directa y flexible en este ambiente.

La alternativa de implementar los diálogos operador - estrategias en el ambiente estación de

operación WinCC, se desaconseja por los siguientes motivos :

Es necesario construir despliegues especiales, o modificar los existentes en la estación de

operación, lo que aporta una carga adicional a dicho ambiente.

Es necesario programar en el ambiente G2 lógica adicional para la transferencia de la

información hacia el sistema de control propia de este diálogo.

Es necesario programar en cada sistema de control lógica adicional con el mismo fin la

transferencia de información para estos diálogos representa una carga adicional de

comunicación sobre todos los sistemas involucrados la naturaleza de la comunicación entre

G2 y el sistema de control, debida a esta carga adicional, puede presentar retardos que

dificulten una interacción fluida hombre - máquina. En caso extremo, esto puede afectar el

desempeño de la aplicación.

Esta Implementación requiere de programas diferentes, en ambientes diferentes, para

realizar una sola función. Esto representa un acoplamiento estrecho entre el ambiente G2 y

el Sistema de control, lo cual resta flexibilidad para el desarrollo de la aplicación, y también

para su posterior perfeccionamiento.

Este último punto es de especial importancia, por cuanto elimina una de las ventajas

principales del uso de una plataforma como G2 : La facilidad de modificar y perfeccionar la

aplicación en forma flexible y relativamente independiente del sistema de control.

Arquitectura del Sistema de Control Avanzado.

Conectividad

El sistema se configurará conectando la estación del sistema G2 vía red Divisional con el

nodo PHD. A través de este nodo se tendrá acceso al ambiente TDC. A la misma red

estarán conectadas las estaciones de operación del sistema de control Siemens ( WinCC -

S7). Una estación dedicada con un cliente G2, ubicada en la Sala de Control de Chancado,

permitirá la interacción del operador de chancado con las estrategias que le competen.

Comunicación

El Diagrama Conceptual de Comunicaciones muestra el esquema de comunicación definido

entre los diferentes componentes del sistema.

La comunicación del sistema G2 con el PHD se realiza mediante el Bridge Oracle, el cual

da acceso a la información de la base de datos de éste. A su vez, este nodo accesa al

ambiente TDC por medio de su funcionalidad nativa.

Por otra parte, se considera realizar la adquisición de datos con el sistema de control de

chancado desde el PHD, accesandolo como una fuente de datos ODBC. Esto evita la

necesidad de implementar un enlace con el WinCC desde G2.

Definiciones Particulares.

Del análisis de las estrategias definidas en el diseño físico se identifica los elementos

básicos que constituyen los bloques constructivos de la aplicación, y los procedimientos o

métodos elementales que compondrán la aplicación global.

La metodología de desarrollo de aplicaciones en el sistema G2 requiere la definición de una

jerarquía de categorías de objetos, de mas simple a mas complejo, que representan los datos

sobre los que se trabaja. A estos se asocian los métodos o procedimientos, que representan

las operaciones que la aplicación realiza sobre los datos mencionados.

Los objetos identificados representan el conjunto de información que las estrategias

definidas necesitan “ver” de la planta para realizar las funciones requeridas.

El análisis se ha realizado en un esquema “top - down” (primero lo mas global o general,

luego lo más particular), con el objetivo de establecer un esquema regular, que simplifique

la construcción y posterior mantención de la aplicación.

Definición de clases básicas.

Del conjunto de objetos y métodos definidos en los cuadros anteriores se puede identificar

una primera aproximación a las clases básicas de objetos que se usarán en la aplicación.

Este conjunto de clases básicas se muestra en el cuadro y su jerarquía se ilustra en los

siguientes diagramas.

Diagramas de Bloques: Objetos de Aplicación

Clases principales

Subclases de Instrumento

Obj_Aplicación

Instrumento Controlador Motor Sensor Otros

Instrumento

Valor instantáneo

Valor con historia

Valor con promedio móvil

Otros

Subclases de Controlador

Subclases de Motor

Subclases de sensor

En la jerarquía indicada no aparecen otros objetos que será necesario implementar, y que

servirán de soporte a funciones particulares como representar curvas características de

equipos, programas de distribución de carga, etc. La definición de este tipo de objetos

Controlador

Controlador simple

Controlador Razón

Otros

Motor

Motor correa Motor Harnero Motor Chancador

Otros

Sensor

Sensor simple Sensor compuesto

Otros

depende fuertemente de los aspectos de construcción de la aplicación, por lo que serán

diseñados y desarrollados en la etapa de construcción de la aplicación.

Diseño de despliegues G2.

Estrategia Coordina.

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Tons....

Acopio de

Secc.

1

2

3

4

5

Saldo A cargaren turno

SECCIONSECCION

SECCIONSECCION

SECCION

SECCIONSECCION

SECCION

Estrategia GLOCHA

Tons....

Tons....

Tons....

Secc.

1

2

3

A cargar en turno

SECCION SECCION SECCION

Tons....

KWH ....

KWH/ton

Tons....

KWH ....

KWH/ton

Tons....

KWH ....

KWH/ton

Operación y uso de las Estrategias de Control Supervisor. En este sub - capitulo se entregan los conceptos e instrucciones para el uso y operación de

las estrategias de control supervisor.

Las estrategias de control supervisor se implementan en el software G2, y se integran con el

sistema Wincc y PLC, en el cual reside el control directo de la planta.

En la tabla siguiente se indica las estrategias que conforman el control supervisor experto

de la planta, indicando en que sistema residen.

Estrategias de Control Supervisor Experta

Num. Nombre Descripción Residencia

1 MSACHA Manejo de situaciones anormales en

Chancado

PLC

2 GLOCHA Global Chancado G2

Arquitectura final del Sistema.

El sistema se configura conectando la estación del sistema G2 vía red Divisional con el

nodo PHD. A través de este nodo se tendrá acceso al ambiente TDC. A la misma red

estarán conectadas las estaciones de operación del sistema de control Siemens ( WinCC -

S7). Una estación dedicada con un cliente G2, ubicada en la Sala de Control de Chancado,

permitirá la interacción del operador de chancado con las estrategias que le competen.

Diagrama de Arquitectura : Sistema de Control de Proceso.

Chanc.

Sec. 1 Chanc.

Sec. 2 Chanc.

Sec. 3 Chanc.

Trippe

RED ETHERNET

PROFIBUS FMS

G2 CLIENTE WINCC

PLANTA DE CHANCADO

PID Sección Nº1 Chancado

Diagrama que muestra los lazos de control que utiliza el sistema experto (G2), para su funcionamiento en las diferentes estrategias de control.

LAZO DE CONTROL REGULATORIO DE CARGA

Operación de la Aplicación.

La figura muestra la ventana principal de la aplicación. Esta es un workspace, y cada

cuadro en ella representa un área de la planta a la cual esta asociada una o más de las

estrategias.

Cada uno de estos cuadros es un objeto al cual esta asociado un subworkspaces. En estos

subworkspaces se presenta la información de la estrategia supervisora correspondiente, y

alguna información de los equipos o secciones del área. En el caso de molienda se presenta

las secciones, y asociado a cada una de ellas otro subworkspaces, en el cual se presenta el

estado de las estrategias de manejo de situaciones anormales, como se explica más

adelante.

Operación de la Estrategia ( GLOCHA ) : Global Chancado

En este workspace se presenta las secciones de chancado y sus variables principales, que

son: tonelaje, potencia específica, y pendiente. También se indica el tonelaje total y

potencia específica total.

Condiciones para operación de la estrategia :

Todas las secciones deben estar operando con la misma apertura de sus chancadores, y con

sus harneros en buena condición. Si por motivos operacionales no es posible esto, no se

debe activar esta estrategia, pues sus resultados serían contraproducentes.

Beneficios Obtenidos con la Aplicación del Proyecto: Tangibles

Reducción de los Costos de Producción. Ahorro de Energía Aumento de la Producción Optimización de la Calidad del Producto Toma de Decisiones mas rápidas, en base a mayor datos del Proceso. Prevención de Situaciones de Emergencias Mejora en la Disponibilidad del Sistema.

Intangibles

Permite mejor uso del tiempo del Personal Experto. Mejora e iguala el nivel de destreza de los operadores. Estandariza procedimientos operacionales y garantiza consistencia en la toma de

decisiones. Mejora la imagen de la Empresa. Aumenta la Seguridad de los Trabajadores.

CONCLUSIONES

Las eficientes Comunicaciones bajo redes PROFIBUS y la Capacidad Gráfica de Representación de la Marcha del Proceso en el Sistema Supervisor Wincc, entrega al operador una mejor visión del Proceso.

La magnitud de los Beneficios Conseguidos dependen del producto final

obtenido(granulometría), Los Lazos de Control alimentan cada sección del Chancado Secundario con 800 toneladas/hrs, pasando por los Chancadores Terciarios 300 Ton/hrs, esto implica un funcionamiento a Cámara llena y a Potencia óptima del Chancador.

Otro beneficio que se obtiene al operar las diferentes Plantas en forma estabilizada y sin

tiempos muertos es un incremento en el Tratamiento de alrededor de 4,3 % de aumento en el tratamiento.

La Disponibilidad del Sistema al momento de ser evaluado es de un 99.7 %.

BIBLIOGRAFIA - Electronics Engineers Handbook. 3rd Edition. Donald C. Fink, Donald Christiansen - http://www.efunda.com/designstandards/sensors/strain_gages/strain_gage_theory.cfm - http://webphysics.ph.msstate.edu/jc/library/18-7/index.htmlElectronic - Control de Procesos Industriales (Criterios de implantación). Antonio Creus Solé - Sistemas Digitales de Control de Proceso, Sergio Szklanny y Carlos Behrends