DidaControl S.A.S.automatización y control de procesos

PLANTA PILOTO PARA FORMACION EN CONTROL DE PROCESOS

MANUAL DE USUARIO PARA EL MANEJO Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DIDACTICA PARA CONTROL DE PROCESOS DE LA ESCUELA DE

INGENIERIA QUIMICA – UNIVERSIDAD DEL VALLE

DISEÑADO Y ELABORADO POR:

Didacontrol S.A.S e-mail: ventas@didacontrolsas.com

Santiago de Cali – Colombia

Abril 2013

CONTENIDO

1. Introduccion

2. Objetivo

3. Elementos de Control

4. Arquitectura Sistema de Control

1. INTRODUCCIÓN Con propósito de disponer de una herramienta que permita simular procesos industriales reales, y haciendo uso de elementos de control e instrumentación normalizados, a continuación se presenta y se expone las características técnicas y funcionales de la planta didáctica para control de proceso continuos de la Escuela de ingeniería Química de la Universidad del Valle. Esta planta didáctica está construida bajo especificaciones técnicas las cuales permitirán de manera rápida y eficiente implementar las más importantes y conocidas estrategias de control de procesos continuos, para diferentes tipos de variables tales como, Presión, Temperatura, Nivel y Flujo. Dichas variables pueden ser manipuladas de manera manual o automática dependiendo del tipo de lazo de control a utilizar. Los lazos de control utilizados e implementados en la planta están adecuados para ser configurados y parametrizados de manera que los usuarios de la planta analicen, calculen y efectúen prácticas que permitan obtener y analizar resultados de las diferentes repuestas de cada uno de los lazos de control. Además este sistema permitirá a los estudiantes y usuarios de manera real afianzar, fortalecer y descubrir los conocimientos en lo referente a los sistemas de control de procesos que se utilizan actualmente en la industria. De esta forma la escuela de ingeniería química cuenta con una herramienta y plataforma de formación en sistema de control de procesos continuos, con el objetivo de poder brindar soluciones en lo referente al control para la industria de la región.

2. OBJETIVO GENERAL Disponer de una herramienta la cual permite simular de manera real el control continuo de las variables más vistas en la industria, dichas variables pueden ser controladas a través de diferentes lazos de control, los cuales pueden ser parametrizados y optimizados de acuerdo al análisis que realicen los estudiantes. De esta forma se dispondrán de un sistema didáctico el cual permitirá realizar estudios de los distintos lazos de control para brindar capacitaciones y soluciones a la industria de la región en el ámbito de aplicaciones de Ingeniería Química.

3. ELEMENTOS DE CONTROL A continuación se presenta una breve explicacion en cuanto a caracteristicas sobre los elementos esenciales usados en el control de procesos automatizados, los cuales se encuentran instalados en la planta de control de procesos. La planta de Procesos Permite realizar control de manera automatica desde el PC de control y de manera manual desde el tablero frontal de control.

El tablero cuenta con interruptores los cuales permite poner la planta en modo PLC o Modo tablero. La operación en modo PLC es el tema que se aborda en este manual. En modo Tablero se dispone de distintos interruptores en la parte frontal los cuales permiten poner en funcionamiento algunos de los elementos de control y dispositvos de las plantas, se usan borneras para alimentar electricamente cada uno de los transmisores de la planta, y asi obtener las señales de proceso y manipular las valvulas de control, de forma independiente. EQUIPOS DE LA PLANTA: PLC: PLC Marca AllenBradley modelo Compactlogix (programacion con Software RSlogix 5000), este dispositivo alberga toda la logica de control manual y automatico de la planta de control de procesos, este permite ser programado y configurado para ejecutar cualquier tipo de lazo de control, posee modulos de entrada y salidas digitales y analogos, asi como la fuente respectiva.

VARIADOR DE VELOCIDAD: Variador Marca Allen Bradley modelo Powerflex 40, este dispositivo permite controlar y variar de manera controlada la velocidad de las dos bombas utilizadas en la planta. De igual manera se puede variar el flujo con el uso de ellas.

CONTROLADOR DE FASE: Controlador de fase marca Optec. Este dispositivo permite controlar el Angulo de fase y potencia que recibe la resistencia calefactora, con el objetivo de realizar un control de calentamiento regulado, y de esta forma alargar la vida útil de la resistencia.

SWITCHE DE COMUICACION: Este dispositivo permite realizar la comunicación entre el controlador PLC y el computador donde se realiza la programación, gestión y control de la planta de procesos.

ELEMENTOS DE MEDICIÓN Transmisor de Presión Diferencial para Flujo: Permite medir el flujo volumétrico haciendo uso de la diferencia de presiones entre las tomas de alta y baja presión de la platina de orificio instalada en la tubería. El principio de operación se basa en medir la caída de presión que se produce a través de una restricción que se coloca en la línea de un fluido en movimiento. Esta caída de presión está relacionada con el flujo volumétrico, siendo este proporcional a la raíz cuadrada del diferencial de presión. NOTA: La presión y la velocidad de un fluido que circula por la tubería es casi la misma en cualquier punto del tubo. Cuando en la tubería se coloca una restricción se observa claramente que hay una caída de presión a través de dicha restricción y un aumento en la velocidad del fluido

Transmisor de Presión Diferencial para Nivel: Este método es el más común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados. Las tomas de presión diferencial; se hacen, una en la parte inferior, otra en la parte superior, siempre y cuando se trate de tanques cerrados sometidos a presión, cuando es para tanques abiertos la toma de baja presión se ventea a la atmósfera. Consiste en un diafragma en contacto con el

líquidodel tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico.

Medidor de presión absoluta: Este dispositivo es un sensor cerámico donde la presión de proceso actúa directamente en el robusto diafragma cerámico y lo flexiona. Entre los electrodos de un portaelectrodos cerámico y del diafragma se mide un cambio en la capacitancia debido a la presión. El rango de medida viene determinado por el espesor del diafragma cerámico.

Transmisores de Presión Hidrostática: Este Dispositivo permite medir la presión en el fondo de cada tanque. Esta presión se ve reflejada o es proporcional al nivel que se tiene en el tanque, esta medición se da en PSI o Pulgadas de agua (in H2O).

Medidores de presión manométrica o Manómetros: Este dispositivo permite medir de manera análoga las presiones en los tanques y en las líneas y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.

Válvula de Control Electro neumática: Fabricante Burkert, Este dispositivo permite manipular y regular el flujo que pasa por la tubería de la planta. El posicionador electro neumático inteligente acciona una válvula de tubo inclinado de 2/2 vías para funciones de control. Su exclusivo sistema de control, se puede utilizar como un posicionador aislado de alta precisión o como controlador de procesos para aplicaciones de caudal, temperatura o presión.

Válvula de Control Motorizada: Este dispositivo permite de igual forma manipular y regular el flujo que pasa por la tubería de la planta. El posicionador electromecánico motorizado dispone de una válvula de bola segmentada para aplicaciones de regulación de flujo. Dispone de un motor paso a paso preciso para posicionar la válvula en el punto exacto de control.

Transmisores de Nivel Ultrasónicos: Este dispositivo permite medir el nivel de manera proporcional con el método de reflexión del sonido. Se basa en el tiempo de retorno de un pulso de sonido emitido por un sensor. El pulso ultrasónico emitido se refleja en la superficie del producto y el mismo sensor vuelve a detectarlo. El tiempo del retorno de la señal es una medida de la altura de la sección vacía del tanque. Si a esta distancia se le resta la altura total del tanque, se obtiene el nivel del producto. El tiempo de retorno se convierte en una señal de salida analógica.

RTD Pt 100: Este dispositivo es un medidor tipo Pt100 para medición de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 Ohms de resistencia y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del platino, de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde. Un Pt100 es un tipo particular de RTD (Dispositivo Termo Resistivo) Normalmente las Pt100 industriales se consiguen encapsuladas en la misma forma que las termocuplas, es decir dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material, en un extremo está el elemento sensible (alambre de platino) y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de aluminio.

Válvula solenoide: Este dispositivo es una electroválvula tipo electromecánica, diseñada para controlar de forma On- off el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser Una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoide. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.

Bombas centrifugas: La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía cinética) y después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de energía al líquido bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de elevación), según las características constructivas de la bomba misma y en relación con las necesidades específicas de la instalación. El funcionamiento es simple: dichas bombas usan el efecto centrífugo para mover el líquido y aumentar su presión. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida (tornillo sin fin o voluta) gira una rueda con paleta (rodete), el verdadero corazón de la bomba. El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energía del motor en energía cinética (la parte

estática de la bomba, o sea la voluta, convierte, en cambio, la energía cinética en energía de presión).

Unidad de mantenimiento: Este dispositivo permite limpiar el aire comprimido que entra a las líneas de aire de la planta y viene del compresor. Está conformado por tres elementos: filtros de partículas, regulador de presión y lubricador, aunque en algunos casos solo se tiene los dos primeros, porque no se puede permitir la presencia de aceite en la línea. La unidad de mantenimiento causa restricción en el paso del fluido lo que se ve representado en caídas de presión en la línea. La presión de aire en la línea de aire de la planta de procesos debe ser como mínimo 80psi.

Válvula de alivio: Las válvulas de alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o válvulas de alivio, están diseñadas para liberar un fluido cuando la presión interna de un sistema que lo contiene supere el límite establecido (presión de tarado). Su misión es evitar una explosión, el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión. Existen también las válvulas de alivio que liberan el fluido cuando la temperatura supera un límite establecido. Estas válvulas son llamadas válvulas de alivio de presión y temperatura.

Tanque o recipiente contenedor: El almacenamiento es considerado una parte importante dentro de la industria y de la planta para control de procesos, ya que debido a esta operación se mantiene al producto en condiciones óptimas para el proceso donde será requerido, para ello se hace uso de diversos contenedores como son tanques y recipientes de diferentes capacidades, porlo anterior es necesario describir la clasificación que se hace de ellos así como de las partes principales que los componen, instrumentación, especificaciones y condiciones de operación y seguridad.

ARQUITECTURA DE CONTROL Los equipos electronicos que hacen el control sobre la planta de control de procesos permiten ser configurados en distintas arquitecturas de control y comunicacion, esto con el objetivo de disponer de varias herramientas para el caso en que se deseen agregar funcionalidades didacticas de control y comunicación. Permitiendo conformar una plataforma de educación que integre los temas mas importantes en el area de control de procesos industriales a aplicados de Ingenieria Quimica.

Ethernet IP

Salidas Analogas

PLC de Control

PC para Supervision

Switche Ethernet

Variadores de Velocidad para Bombas de

ProcesoRegulador de Fase para

Resistencias

Válvulas de Control

Entradas Análogas

Medidores de Flujo, Nivel y

Presión

Figura 1. FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL PROCESO DE CONTROL La planta de control de procesos es un sistema didáctico que permite realizar aplicaciones de distintos lazos de control los cuales son utilizados para la manipulación de variables como flujo, Presión, temperatura y nivel. Cabe notar que la única materia prima con la cual se va a trabajar en la planta y sobre la cual se van a aplicar las distintas estrategias de control va ser el Agua y el aire comprimido. Los cuales como fluidos limpios no afectan el correcto funcionamiento de los dispositivos de medición y control. A continuación para lograr poner en un funcionamiento alguno de los lazos de control que se permite ejecutar en la planta, primero se debe de seleccionar la zona de control o tanque sobre el cual se desea aplicar la estrategia de control de las cuales dispone la planta en modo PLC. Es importante saber que solo cuando el interruptor se encuentra en modo PLC, se permitirán ejecutar los lazos de control que están dispuestos en el sistema de supervisión cargado en el PC.

Cada lazo de control o tipo de estrategias de control debe ser sintonizado con el objetivo de comprobar sus respuestas, y además se deben de insertar perturbaciones al proceso para verificar dicha respuesta y sintonía. Primero que todo se debe de abrir la aplicación que permite realizar hacer el control y la gestión de la planta de procesos. Con solo hacer doble clic en el icono, automáticamente empezara a correr la aplicación, la cual arrancara en la pantalla principal, que es donde se empezaran a realizar los pasos para poner en marcha los distintos lazos de control que se permiten ejecutar en la planta. Pantalla Principal: Desde aquí se pueden seleccionar las distintas zonas disponibles en la planta de procesos para poder ingresar a la selección de los lazos de control. Existen 3 zonas de control disponibles: Control TK101 para variables de Nivel y Flujo, Control TK101 para variables de Presión, Control TK102 para variables de Nivel y Temperatura, y Control TK103 para Control de Nivel y Temperatura. Cada zona debe ser trabajada de manera individual con los lazos de control que se puedan ejecutar. Debido a que cada lazo control de cada zona de la planta, puede manipular uno o dos variables a través de los actuadores eléctricos y electroneumáticos, los demás actuadores que no hagan parte de lazo cerrado de la estrategia de control quedaran completamente en estado manual, para que el usuario disponga de dicho actuador y este pueda ser manipulado para complementar ya sea el funcionamiento de la planta o lazo de control seleccionado, o en su debido defecto para insertar perturbaciones a los lazos de control y de esta forma verificar la veracidad de la sintonía realizada a los lazos de control por parte de los usuarios. Nota: Es importante saber que cada lazo de control debe ser sintonizado por parte del usuario, con el objetivo de lograr la mejor respuesta de control. En la figura 1, se muestra la pantalla inicial que aparece después de haber seleccionado el icono de inicio de la aplicación de control y gestión de la planta de procesos.

Figura 2.

Como se observa, se muestra un esquema general de la planta donde se indican en valores, los estados actuales de los sensores de presión, nivel y temperatura, así como el porcentaje de apertura para cada actuador. De igual forma se muestra que

tipo y cuantos elementos de control dispone la planta. También se especifica la dirección y el tipo de fluido que se está reciclando a través de toda la planta. En la parte izquierda de la pantalla principal, se encuentra el menú principal, de navegación de la aplicación para controlar cada uno de los procesos. Desde aquí se pueden seleccionar cada zona de la planta y de igual forma ir a la respectiva zona para iniciar un respectivo lazo de control. De igual forma también se disponen de un botón el cual permite apagar y cerrar la aplicación de gestión y supervisión. En la figura 3 se muestra el cuadro de menú, el cual permite realizar, seleccionar zonas y navegar a través de todas las pantallas de la aplicación.

Figura 3.

Como se observa en la figura 3, se muestra un botón con color verde de fondo, esto significa que esta seleccionado la zona de control del TK101 para control de variables como Nivel y Flujo. Debido a que se selecciono esta zona, en la parte inferior del menú, se indican los botones que hacen referencia a esa zona. Por ejemplo el botón

, permite acceder directamente a los lazos de control configurados para realizar cualquier tipo de estrategia de control que se puedan implementar en esta zona. De igual manera se presentan los botones para navegar por los históricos de tendencias de las diferentes variables a manipular en dicha zona. Dichos históricos, representan de manera grafica el estado actual de la medición de la variable. Esto se realiza con el objetivo de que los usuarios tengan un histórico de la información de la variable medida. A partir de esta información se podrán analizar la respuesta de cada lazo de control, y además analizar el comportamiento del proceso o variable que se esté controlando. Así como se puede seleccionar la opción de la zona de control TK101 para las variables de nivel y temperatura, también se puede seleccionar la zona de control TK101 para la variable de Presión. Tal y como se muestra en la figura 4. Se puede observar que el botón con fondo de color verde que se ha seleccionado, muestra la zona de control para el Tanque TK101 para manipular y controlar la presión de aire que entra al TK101. De igual forma para poder ingresar o saltar a la pantalla donde se pone en marcha el lazo de control de presión, se debe presionar el botón

, también se presenta el botón que permite acceder al histórico de tendencias de la variable de presión. Esta zona de control a diferencias de las otras se

trabaja con aire comprimido a altas presiones las cuales permiten presurizar el tanque TK101.

Figura 4.

A diferencia de la zona de control para el TK101. También existen las zonas de control para el TK102 y el TK103. Estas zonas se diferencia debido a que los principios de medición de las variables de nivel y/o temperatura son diferentes paras ambas zonas. En la siguiente figura 5 se muestra la selección de la zona de control para el TK102. De igual forma para poder ingresar o saltar a la pantalla donde se pone en marcha el

lazo de control de Nivel o Temperatura, se debe presionar el botón , también se presenta el botón que permite acceder al histórico de tendencias de las variables de Nivel y Temperatura.

Figura 5.

En la figura 6 se muestra la selección de la zona de control para el TK103. De igual forma para poder ingresar o saltar a la pantalla donde se pone en marcha el

lazo de control de Nivel o Temperatura, se debe presionar el botón , también se presenta el botón que permite acceder al histórico de tendencias de las variables de Nivel y Temperatura.

Figura 6.

Sabiendo que se pueden seleccionar las distintas zonas disponibles en la planta de procesos, ahora se comenzara con la explicación detallada para la puesta en marcha de los distintos lazos de control disponibles para cada zona. Para salir de la aplicación que permite gestionar y controlar las distintas variables de la planta de procesos, solo se debe presionar el botón Apagar Supervisorio, y de esta forma se cerrara la aplicación.

Comenzaremos primero con la zona 1, para control de presión en el TK1 El control de presión en el tanque, es un lazo que permite controlar la presión del aire presurizado en el TK101. Dicho lazo permite ser sintonizado con el objetivo de encontrar la mejor repuesta de lazo de control. Es importante resaltar que los usuarios pueden utilizar cualquier método de sintonía para encontrar los mejores valores de los parámetros básicos de control del lazo propuesto. Para comenzar se debe de activar el lazo de control de presión, ya que por defecto cuando arranca la aplicación de control y gestión de la planta de control de procesos, todos los lazos de control existentes se encuentran desactivados.

En la siguiente figura7 se muestra la pantalla donde se activa el lazo de control de presión.

Figura 7.

En la figura 7 se muestra la pantalla donde se pone en marcha dicho lazo de control, y se encierra en un recuadro en rojo los parámetros de control que se deben de modificar para sintonizar la estrategia de control. Es importante saber que el lazo de control dispone de dos modos de operación, modo Manual y Modo Automático. Es en modo automático donde la estrategia de control toma poder sobre la válvula PCV101, mientras que en modo manual la válvula de control PCV101 se cierra automáticamente por seguridad. Al mismo tiempo se debe tener presente que mientras se realiza el control sobre la válvula PCV101, existen otros actuadores, los cuales se deben manipular de manera manual, como por ejemplo la válvula ON/OFF FV101 y la válvula proporcional PV101. Estas actuadores hacen parte del proceso con el objetivo de poner a prueba la respuesta del lazo de control previamente sintonizado.

Figura 8.

Debido a que ya se encuentra activado el lazo de control de presión, sobre el cual se cuenta con un controlador PID convencional. Sobre este va entrar una señal medida por un transmisor de presión manométrica, el cual va a medir el nivel de presión de aire comprimido en el tanque y va a manipular el flujo de entrada de aire a través de la válvula de control PCV101. El lazo de control empezara a funcionar dependiendo de la señal de Set Point escrita, y su respuesta dependerá de la sintonía previamente realizada. También cabe notar que, se dispone de la opción de observar de manera grafica la respuesta de la variable de proceso, para este caso la presión de aire en el tanque

TK101 con solo presionar el botón . En la siguiente figura 9 se observa la respuesta de ducha variable.

Figura 9.

Finalmente para regresar a la pantalla anterior solo se debe presionar el botón amarillo, y para detener el proceso del lazo de control, se debe presionar el botón

, y automáticamente todos los actuadores que hacen parte de la zona de control se cerraran y desactivaran para llevar la planta a modo seguro. Continuaremos con la zona 1, para control de Nivel, Flujo y Temperatura en el TK101 El control de la zona 1 para lazos de Nivel, Flujo y Temperatura, es la zona que mas aplicativos tiene en cuanto a tipos de lazos de control, puesto que permite manejar lazos tipo PID en lazo sencillo, lazos PID en Cascada, Lazos PID con función de adelanto y atraso y controles especiales de Rango Dividido y Relación.

Figura 10.

Es importante saber que todas los tipos de control aplicados al TK101, están basados y dirigidos a una acción de control tipo PID. Es decir que para cado tipo de estrategia de control el usuario debe de sintonizar sus parámetros de control. Cada tipo de control en la zona del TK101 toma de manera automática el manejo sobre uno de los actuadores de control, pero los demás quedan a disposición del usuario para ser manipulados y hacer funciones especiales en el proceso.Se debe tener en cuenta que los tipos de estrategia de control aplicados a la zona TK101, son estrategias aplicadas a nivel industrial. Las estrategias de control PID se incorporan en el ambiente industrial un esquema de ajuste puramente empírico. En la actualidad, y pese al sorprendente desarrollo de la teoría de control y del soporte tecnológico necesario para su implementación, el controlador de estructura PID se emplea casi con exclusividad en el ambiente industrial de todo el mundo, en particular para controlar procesos térmicos y químicos. La asimilación de los controladores PID en el ámbito industrial a llegado a un grado tal que permite observar el siguiente hecho en apariencia contradictorio: por una parte los usuarios se resisten a todo reemplazo del controlador PID por controladores que presenten una estructura diferente (por más simple y robusta si estos vienen bajo una empaquetadura PID, tal y como se ejecutan los implementados en la planta didáctica para control de procesos). Lazo de Control PID para Nivel del TK101 Manipulando FCV102A

Esta estrategia de control permite regular de manera continua el nivel del agua que entra al TK101, con solo manipular la válvula FCV102A. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set Point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 11.

Lazo de Control PID para Nivel del TK101 Manipulando FCV101A Esta estrategia de control permite regular de manera continua el nivel del agua que sale del TK101, con solo manipular la válvula FCV101A. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set Point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 12.

Lazo de Control Cascada para nivel del TK101 Manipulando FCV102A Esta estrategia avanzada de control permite regular de manera continua el nivel del agua que entra al TK101, con solo manipular la válvula FCV102A. Midiendo las variables de nivel del LT101 y Flujo del FT102. Este método de control utiliza dos lazos de control PID en cascada donde uno de ellos es el maestro y toma la variable más lenta (LT101) del proceso y el otro es el esclavo que toma la variable más rápida (FT102) del proceso. Al igual que los lazos anteriormente explicados los PIDs del control en cascada también deben ser sintonizados en todos sus parámetros como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control en cascada. En la figura 13 siguiente se encuentra los lazos PIDs encerrados en u circulo en rojo.

Figura 13.

Lazo de Control PID para Flujo Zona 102 Manipulando FCV102A o Bomba P102 Esta estrategia de control permite regular de manera continua el flujo de agua que circula a través del medidor de presión diferencial FT102, manipulando la válvula FCV102A. La estrategia de control para manipular el flujo, es un control de lazo simple PID, el cual se debe de sintonizar de manera más adecuada para obtener la mejor respuesta del sistema. Para lograr obtener dicha respuesta es importante sintonizar a través de los parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control. En la siguiente figura 14 se muestran el menú emergente cuando se selecciona el lazo de control del flujo, desde dicho menú se configura y se pone en marcha el lazo de control de flujo.

Figura 14.

Es importante resaltar que para el lazo de control del flujo de la zona 102, se tiene la disponibilidad de utilizar dos actuadores para manipular el flujo. Estos actuadores son la Válvula FCV102A p la Bomba P102. En el menú de configuración del lazo de control, se muestra el botón que permite cambiar el actuador a utilizar.

Figura 15.

Lazo de Control PID para Nivel del TK101 Manipulando FCV103A Esta estrategia de control permite regular de manera continua el nivel del agua que entra al TK101, con solo manipular la válvula FCV103A. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Setpoint con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 16.

Lazo de Control PID para Nivel del TK101 Manipulando FCV101B Esta estrategia de control permite regular de manera continua el nivel del agua que sale del TK101, con solo manipular la válvula FCV101B. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Setpoint con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 17.

Lazo de Control Cascada para nivel del TK101 Manipulando FCV103A Esta estrategia avanzada de control permite regular de manera continua el nivel del agua que entra al TK101, con solo manipular la válvula FCV103A. Midiendo las variables de nivel del LT101 y Flujo del FT103. Este método de control utiliza dos lazos de control PID en cascada donde uno de ellos es el maestro y toma la variable más lenta (LT101) del proceso y el otro es el esclavo que toma la variable más rápida (FT103) del proceso. Al igual que los lazos anteriormente explicados los PIDs del control en cascada también deben ser sintonizados en todos sus parámetros como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control en cascada. En la figura 18 siguiente se encuentra los lazos PIDs encerrados en u circulo en rojo.

Figura 18.

Lazo de Control PID para Flujo Zona 103 Manipulando FCV103A o Bomba P103 Esta estrategia de control permite regular de manera continua el flujo de agua que circula a través del medidor de presión diferencial FT103, manipulando la válvula FCV103A. La estrategia de control para manipular el flujo, es un control de lazo simple PID, el cual se debe de sintonizar de manera más adecuada para obtener la mejor respuesta del sistema. Para lograr obtener dicha respuesta es importante sintonizar a través d en los parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set Point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control. En la siguiente figura 19 se muestran el menú emergente cuando selecciona el lazo de control del flujo, desde ducho menú se configura y se pone en marcha el lazo de control de flujo.

Figura 19.

Es importante resaltar que para el lazo de control del flujo de la zona 102, se tiene la disponibilidad de utilizar dos actuadores para manipular el flujo. Estos actuadores son la Válvula FCV103A p la Bomba P103. En el menú de configuración del lazo de control, se muestra el botón que permite cambiar el actuador a utilizar.

Figura 20.

Lazo de Control de adelanto y atraso para Nivel del TK101 Manipulando FCV102A Esta estrategia de control avanzada permite regular de manera continua el nivel del agua que ingresa al TK101, con solo manipular la válvula FCV102A. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Pero además esta estrategia dispone de un porcentaje de adelanto y atraso, este valor permite asignar o sumarle un valor adicional a la salida de la señal de control, con el objetivo de anticiparse a cualquier tipo de perturbación que entre al sistema, para este caso al lazo de control de nivel en el TK101. Se debe de asignar una señal deseada o Set Point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 21.

Lazo de Control de adelanto y atraso para Nivel del TK101 Manipulando FCV103A Esta estrategia de control avanzada permite regular de manera continua el nivel del agua que ingresa al TK101, con solo manipular la válvula FCV103A. El lazo de control permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Pero además esta estrategia dispone de un porcentaje de adelanto y atraso, este valor permite asignar o sumarle un valor adicional a la salida de la señal de control, con el objetivo de anticiparse a cualquier tipo de perturbación que entre al sistema, para este caso al lazo de control de nivel en el TK101. Se debe de asignar una señal deseada o SetPoint con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control.

Figura 22.

Lazo de Control en relación Flujo – Flujo para Nivel Manipulando FCV103A y FCV102A Esta estrategia de control avanzada permite controlar y regular de manera continua los flujos del agua que circulan hacia el TK101. Dicho lazo de control maneja una relación entre los valores de flujo con el objetivo de simular una mezcla entre dos sustancias químicas, las cuales deben de mezclarse con una proporcionalidad del volumen de cada sustancia. Es decir a un determinado valor de flujo energético, se requiere otro determinado valor de flujo a temperatura ambiente. En la figura 23, los campos encerrados en recuadro en rojo, indican los valores de flujo para cada sustancia y la relación entre dichos flujo. Al igual que los otros lazos de control expuestos, este permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o Set Point con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control. En la figura 23 se muestra una representación de la configuración y puesta en marcha del lazo de control de relación flujo – flujo.

Figura 23.

Lazo de Control por División de Rango para Temperatura Manipulando FCV103A y FCV102A Esta estrategia de control avanzada permite controlar y regular de manera continua la temperatura del agua que ingresa al TK101, a través del flujo energético y flujo a temperatura ambiente. El objetivo de dicha estrategia es manipular las válvulas FCV102A y FCV103A para regular la cantidad de flujo energético y flujo a temperatura ambiente que ingresa al TK101 y de esta forma mantener la Temperatura interna del TK101 en un valor deseado. A medida que la válvula FCV102A se abre la válvula FCV103A se cierra y de manera inversa. Al igual que los otros lazos de control expuestos este permite ser sintonizado con sus parámetros esenciales de los cuales dispone un lazo PID, como son Kp, Ti y Td. Se debe de asignar una señal deseada o SetPoint con el objetivo de verificar la respuesta del lazo de control. En la figura se muestra una representación de la configuración y puesta en marcha del lazo de control en rango dividido.

Figura 24.

Continuaremos con la zona 2, para control de Nivel y Temperatura en el TK102 La zona 2 permite realizar dos lazos de control simple tipo PID, para manipulación y control de variables para nivel utilizando el medidor ultrasónico LT102 y la variable de temperatura utilizando el medidor TT102. Para esta zona se dispone de un intercambiador de calor V102, el cual permite sostener la temperatura del agua en una temperatura ambiente. En la siguiente figura 25 se indica la pantalla principal para poner en funcionamiento cualquiera de los dos lazos de control que se permiten ejecutar en la zona 102.Inicialmente los lazos se encuentran desactivados, es responsabilidad el usuario activar uno de los dos lazos con solo hacer clic en el botón que indica el lazo respectivo. De igual forma también se muestra el menú de operaciones manual para la zona del TK102. Estas operaciones se pueden poner en funcionamiento siempre y cuando se encuentre alguno de los dos lazos activos.

Figura 25.

Lazo PID para control de Temperatura TK102 En la siguiente figura se muestra la pantalla donde se pone en marcha dicho lazo de control de temperatura, y se encierra en un recuadro en rojo los parámetros de control que se deben de modificar para sintonizar la estrategia de control. Es importante saber que el lazo de control dispone de dos modos de operación, modo Manual y Modo Automático. Es en modo automático donde la estrategia de control toma poder sobre la válvula FCV102B, mientras que en modo manual la válvula de control FCV102B se cierra automáticamente por seguridad. Al mismo tiempo se debe tener presente que mientras se realiza el control sobre la válvula FCV102B, existen otros actuadores, los cuales se deben manipular de manera manual, como por ejemplo el ventilador V102, la bomba P102 y las válvulas proporcional FCV102A y FCV101A. Estos actuadores hacen parte del proceso con el objetivo de poner a prueba la respuesta del lazo de control previamente sintonizado. Se debe de asignar una señal de Set Point con el objetivo de poner en marcha el lazo de control.

Figura 26.

Lazo PID para control de Nivel TK102 En la siguiente figura se muestra la pantalla donde se pone en marcha dicho lazo de control de nivel, y se encierra en un recuadro en rojo los parámetros de control que se deben de modificar para sintonizar la estrategia de control. Es importante saber que el lazo de control dispone de dos modos de operación, modo Manual y Modo Automático. Es en modo automático donde la estrategia de control toma poder sobre la válvula FCV101A, mientras que en modo manual la válvula de control FCV101A se cierra automáticamente por seguridad al igual que el lazo anterior. Al mismo tiempo se debe tener presente que mientras se realiza el control sobre la válvula FCV101A, existen otros actuadores, los cuales se deben manipular de manera manual, como por ejemplo el ventilador V102, la bomba P102 y las válvulas proporcional FCV102A y FCV102B. Estos actuadores hacen parte del proceso con el objetivo de poner a prueba la respuesta del lazo de control previamente sintonizado. Se debe de asignar una señal de Set Point con el objetivo de poner en marcha el lazo de control.

Figura 27.

Debido a que ya se encuentra activados los lazos de control de Nivel o Temperatura, se tiene la disposición de observar la respuesta de la variable de proceso a la cual se le está aplicando la estrategia de control a través de un histórico de tendencia, para este caso el nivel y la temperatura del tanque TK102 con solo presionar los botones

. En la siguiente figura 28 se observa la respuesta de dichas variables.

Figura 28.

Finalmente para regresar a la pantalla anterior solo se debe presionar el botón amarillo, y para detener el lazo de control del proceso se debe presionar el botón

, y automáticamente todos los actuadores que hacen parte de la zona de control se cerraran y desactivaran para llevar la planta a modo seguro. Continuaremos con la zona 3, para control de Nivel y Temperatura en el TK103 Al igual quela zona 2, la zona 3 permite realizar dos lazos de control simple tipo PID, para manipulación y control de variables para nivel utilizando el medidor ultrasónico LT103 y la variable de temperatura utilizando el medidor TT103. Para esta zona se dispone de una resistencia calefactora R103, la cual permite sostener la temperatura del agua a temperaturas por encima de 50 grados centígrados. En la siguiente figura se indica la pantalla principal para poner en funcionamiento cualquiera de los dos lazos de control que se permiten ejecutar en la zona 103.Inicialmente los lazos se encuentran desactivados, es responsabilidad el usuario activar uno de los dos lazos con solo hacer clic en el botón que indica el lazo respectivo. De igual forma también se muestra el menú de operaciones manual para la zona del TK103. Estas operaciones se pueden poner en funcionamiento siempre y cuando se encuentre alguno de los dos lazos activos.

Figura 29.

Lazo PID para control de Temperatura TK103 En la siguiente figura se muestra la pantalla donde se pone en marcha dicho lazo de control de temperatura, y se encierra en un recuadro en rojo los parámetros de control que se deben de modificar para sintonizar la estrategia de control. Es importante saber que el lazo de control dispone de dos modos de operación, modo Manual y Modo Automático. Es en modo automático donde la estrategia de control toma poder sobre la resistencia R103, mientras que en modo manual la misma resistencia se apaga automáticamente por seguridad. Al mismo tiempo se debe tener presente que mientras se realiza el control sobre la resistencia R103, existen otros actuadores, los cuales se deben manipular de manera manual, como por ejemplo la válvula FV103, la bomba P103 y las válvulas proporcional FCV101B y FCV103A. Estos actuadores hacen parte del proceso con el objetivo de poner a prueba la respuesta del lazo de control previamente sintonizado. Se debe de asignar una señal de Set Point con el objetivo de poner en marcha el lazo de control.

Figura 30.

Lazo PID para control de Nivel TK103 En la siguiente figura se muestra la pantalla donde se pone en marcha dicho lazo de control de nivel, y se encierra en un recuadro en rojo los parámetros de control que se deben de modificar para sintonizar la estrategia de control. Es importante saber que el lazo de control dispone de dos modos de operación, modo Manual y Modo Automático. Es en modo automático donde la estrategia de control toma poder sobre la válvula FCV101B, mientras que en modo manual la válvula de control FCV101B se cierra automáticamente por seguridad al igual que el lazo anterior. Al mismo tiempo se debe tener presente que mientras se realiza el control sobre la válvula FCV101B, existen otros actuadores, los cuales se deben manipular de manera manual, como por ejemplo la resistencia R103, la bomba P103 y las válvulas proporcional FCV103A y la válvula discreta FV103. Estos actuadores hacen parte del proceso con el objetivo de poner a prueba la respuesta del lazo de control previamente sintonizado. Se debe de asignar una señal de Set Point con el objetivo de poner en marcha el lazo de control.

Figura 31.

Debido a que ya se encuentra activados los lazos de control de Nivel o Temperatura, se tiene la disposición de observar la respuesta de la variable de proceso a la cual se le está aplicando la estrategia de control a través de un histórico de tendencia, para este caso el nivel y la temperatura del tanque TK103 con solo presionar los botones

. En la siguiente figura 32 se observa la respuesta de dichas variables.

Figura 32. Finalmente para regresar a la pantalla anterior solo se debe presionar el botón amarillo, y para detener el lazo de control del proceso se debe presionar el botón

, y automáticamente todos los actuadores que hacen parte de la zona de control se cerraran y desactivaran para llevar la planta a modo seguro.

Es importante tener en cuenta que podemos adicionar a los históricos, la

variable o el TAG que deseemos registrar, tal es el caso de poder registrar el Set

point, el esfuerzo de la válvula, registrar dos variables al tiempo, y demás; solo

se deben agregar estos lápices al histórico deseado.

Presentado por:

Ing. Helman Gonzalez ventas@didacontrolsas.com Automatización y control de procesos