cenidet · a mis hermanos martin y laury, migue y miriam, jorge y susel. a mis sobrinos:...

SEOP* S.E.O.U. DnGqUoU0

CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACION Y DESARROLLO TECNOLOGICO

cenidet

SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS BATCH .; t

APLICACION A LA PLANTA DESMINERALIZADORA DE UNA CENTRAL TERMOELECTRICA

T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERIA ELECTRONICA

PRESENTA: CENTRO DE INcC”kAACION

C E N ; L) ;- r

JOSE ALFRED0 MUNDO MOLINA c) S E P >

i

);:.(I

CUERNAVACA, MOR.

- - . I

MAYO DE 1995.

$ 5 0 7 2

:entro Nacional de Inves&&ón y Desarrollo Tecnológico

ACADMU DE LA MASTRIA DE ELECTRDNICA

FOW R9

ACEPTACION DEL TRABAJO D t =IS

.

Cuernavaca, Mor., o4 de a b r i l de 1995 .

C. Vlctor Manuel Alvarado MartInez Jefe de la Maestría de Electránica

. . . . . C. E.,N I D E T, ,. . ' . . . . . ,, . . ,

Después de haber revisado el trabajo de tesis titulado: "SISTEMA

elaborado por el almo: JOSE ALFUEDO MUNDO MOLINA y dirigido por el C. H. en c. RAUL G A R D ~ O RAMIREZ el trabajo presentado-A.

DE CONTROL DE PROCESOS BATCH. APLICACION A LA P L m A DESMINEWIZADORA DE UNA CENTRAL "ERMOELECraICA" ' .

* . ' A t e n t a m e n t e .

C.DR. MAREO ANTONIO OLIVER SALAWLR

c. M. en C. MARINO SANCHEZ PARRA

C.C.P.: Presidente de la Academia Director de Tesis Alumno Tesista

UPE ARIGAL ESPINOSA

Intenor Internado Palmin S/N CP. 62490 Apartado Posta1 5-164, C.P. 62050 Cuemavaca, Mor. Mexico Tek: (73) 18 77 41 y (73) 12 76 13

Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

c d Cuernavaca, Mor., a 3 de mayo de 1995.

Ing. José Alfred0 Mundo Molina Candidato al Grado de Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica P r e s e n t e .

Después de haber sometido a revisión su trabajo final de tesis titulado:

" SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS BATCH, APLICACION A LA PLANTA DESMINERALIZADORA DE UNA CENTRAL TERMDELECTRICA"

y habiendo cumplido con todas las indicaciones que e l jurado revisor de tesis le hizo, se l e comunica que se l e concede autorización para que - proceda a la impresión de l a misma, corm requisito para la obtención del grado.

A t e n t a m en , t e

,Jefe del Depártanento de I'

Ingeniería Electrónica.

C.C.P.: Expediente.

Interior Internado Paimira S/N C.P. 62490 Apartado Postal 5-16), CP. 62050 Cuemavaa, MorLMérm

Telc: (73) 18 77 41 y (73) 12 76 13 cenidet/

A MIS PADRES:

~

-

MIGUEL Y ONEIDA. SI DIOS ME DIERA LA OPORTUNIDAD DE NACER NUEVAMENTE Y LA CAPACIDAD DE ELEGIR A MIS PADRES. LOS ELEGlRlA A USTEDES. PAPA, MAMA, GRACIAS POR DARME EL SER, POR LA CALIDAD DE SU AMOR SIN LIMITES; POR ENSEfiARME A CONSEGUIR MIS OBJETIVOS. LOS AMO CON TODO M I SER.

A MIS HERMANOS MARTIN Y LAURY, MIGUE Y MIRIAM, JORGE Y SUSEL.

A MIS SOBRINOS: MONTSERRAT, KAREN, JORGITO Y LOS W E ESTAN POR NACER.

A LA MUJER QUE AMO: CLAUDIA LUZ MEDELLIN SANCHEZ.

DE CORAZDN, PALABRA, HECHO Y PENSAMIENTO,

CON AMOR:

JOSE ALFRED0 MUNDO MOLINA.

AL M. en C. RAUL GARDUfiO RAMIREZ, POR SU DlRECClON Y ASESORAMIENTO DURANTE EL DESARROLLO DE ESTE TRABAJO; POR SU CAPACIDAD, SU APOYO Y SU AMISTAD; CON RESPETO Y ADMIRACION, GRACIAS.

AL CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACION Y DESARROLLO TECNOLOGICO (cenidetl.

AL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELECTRICAS (HE).

AL CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA (CONACyTI.

AL DR. MARCO ANTONIO OLIVER SALAZAR, AL M. en C. MARINO SANCHEZ PARRA Y AL M. en C. GUADALUPE MADRIGAL ESPINOSA; POR LA REVISION DE ESTE TRABAJO Y SUS VALIOSOS COMENTARIOS, GRACIAS.

A MIS AMIGOS Y COMPANEROS DE MAESTRIA: ANDRES RAFAEL TEVERA MANDUJANO Y MARIO LIMON MENDOZA.

A TODAS LAS PERSONAS QUE DE MANERA DIRECTA E INDIRECTA INFLUYERON EN EL DESARROLLO Y CULMINACION DE ESTE TRABAJO.

RESPETUOSAMENTE:

JOSE ALFRED0 MUNDO MOLINA.

LISTA DE FIGURAS Y GRAFICAS ................................................................................................................

CAPITULO 1

INTRODUCCION ,

1.1 ' ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 1-1 1.2 PROBLEMATICA TECNICA .......................................................................................................... 1-2 1.3 OBJETIVO Y ALCANCE ................................................................................................................ 1-3 1.4 PRODUCTO ................................. 1 ................................................................................................. 1-5 1.5 PANORAMA .............................................................. ; ................................................................... 1-9 1.8 REFERENCIAS ............................................................................................................................... 1-1 1

2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4

CAPITULO 2

FUNDAMENTOS DE CONTROL BATCH

INTRODUCCION ............................................................................................................................ PROCESOS BATCH ...................................................................................................................... Oefinici6n de Procesos Batch ......................................................................................................... Diferencias entre Procesos Batch, Secuenciales y continuos ........................................................ Clasificacion de los Procesos Batch ............................................................................................... AUTOMATIZACION DE PROCESOS BATCH .............................................................................. Problemática de Control y Automatizaci6n de Procesos Batch ..................................................... Modelo CIM para la Automatizaci6n de un Proceso Batch ........................................................... Modelo SP88-ISA para la Automatización de un Proceso Batch ................................................... FUNCIONES DE UN CONTROLADOR BATCH ............................................................................

. . .,

. . 2.4.1 Nivel Ejecutivo ................................................................................................................................ 2.4.2 Nivel Secuencia1 ................... ~ .......................................................................................................... 2.4.3 Nivel Regulatorio ........................................................ 1 ....................................................................

I 2.4.4 Nivel lnterbloqueo ........................................................................................................................... 2.5 . EíiUIPOS Y SISTEMAS EN LA AUTOMATIZAC/OAI DE PROCESOS BATCH .........................

I 2.5.1 Computadores Digitales ........................................... ...................................................................... . .

2-1 2-1 2-1 2-2 2-3 2.4 2-4 2-5 2-8 2.8

2-10 2.12 2-13 2.1 3 2-14 2.14

I 2.5.2 Controladores Batch Distribuidos ............................ ...................................................................... 2-15 2.5.3 Controladores L6gicos Programables ................... : .......................................................................... 2-15 2.5.4 Sistemas de Control integrados ...................................................................................................... 2-16

. .

2.8 REFERENCIAS ............................................................................................................................... 2-17

--

SISTEMA OE CONTROL BATCH CONTENIDO

CAPITULO 3

3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4

5 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.5 3.5.1 3.6

4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.4 4.4.1 4.4.2

SISTEMA DE CONTROL BATCH

INTRODUCCION ............................................................................................................................ OBJETIVOS FUNCIONALES ......................................................................................................... CONFIGURACIÓN FíSiCA ............................................................................................................. Controlador Autosoportado (CAT): Sistema de Control de Quinta Generación .............................. Configuración del Sistema de Control Batch ................................................................................. Estacion de Supervision .................................................................................................................. Estacion de Operación .................................................................................................................... Estacion de Control ........................................................................................................................ ESPECIFICACION FUMCIONAL .................................................................................................... Niveles Funcionales ......................................... ; ...................................................................... : ........ Manejo Batch ................................................................................................................................. Lógica Secuencia1 ..................................................................... : ..................................................... Control Regulatorio ........................................................................................... ............................. lnterbloqueo .................................................................................................................................... lnterfaz con Usuarios .............................................................................. _. ...................................... lnterfaz a Campo ............................................................................................................................ ESPECIFICACION DE REIIUERIMIENTOS .................................................................................. Sistema de Control ......................................................................................................................... REFERENCIAS ..............................................................................................................................

. . . . .

..

..

. .

. .

CAPITULO 4

DISEÑO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

FlLOSOFíA DE DISEÑO: SOFTWARE MANEJADO POR TABLAS ........................................... CONFIGURACION DEL SCB ......................................................................................................... SUBSISTEMA SUPERVISOR ....................................................................................................... Arquitectura del Subsistema Supervisor ................................................................................... : ..... Batcsup.c ........................................... : ............................................................................................ Batcenv.c .............. : .................... ................................................................ ; ................................... Batcmnt.c ....................................................................................................................................... Crearec.c ........................................................................................................................................ Se1erec.c ......................................................................................................................................... Cfgumac.c ....................................................................................................................................... SUBSISTEMA DE CONTROL ....................................................................................................... Arquitectura del Subsistema de Control .........................................................................................

3-1 3-2 3-2 3.2 3-4 3.5 3.6 3.6 3-7 3-7 3.9

3-11 3-11 3.12 3-12 3-13 3.14 3-14 3-16

4-1 4-2 4.3 4.5

4.10 4-13 4.17 4-22 4-24 4.26

4-8

4-28 Batctr1.c .......................................................................................................................................... 4-29

SISTEMA DE CONTROL BATCH CONTENIDO

CAPITULO 5 . PLANTA DESMINERALIZADORA (PDM)

5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5 5.6

6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.4

INTRODUCCION ............................................................................................................................ CENTRAL TERMOELECTRICA Y LA PLANTA DESMINERALIZADORA .................................... Central Termoeléctrica (CTE) .......................................................................................................... Ciclo Agua . Vapor de la CTE .......................................................................................................... Ubicación de la PDM en una CTE .................................................................................................. DESCRIPCION DE LA PLANTA DESMINERALIZADORA DE UNA CTE ...................................

Descripcion del Proceso de Desmineralización ............................................................................... Oescripcion Operativa de la PDM ........................................................... : ...................................... REíiUERIMIENTOS Y OBJETIVOS DE CONTROL DE LA PDM ................................................ La Planta Desmineralizadora como un Proceso Batch .................................................................... Definición del Problema de Control ................................................................................................ Requerimientos de Control .............................................................................................................. Determinación de los Objetivos de Control .................................................................................... Lazos de Control ............................................................................................................................. AUTOMATIZACION DE LA PDM ............................................................................... ................. REFERENCIAS ...............................................................................................................................

. . . Descripcion Física .................. : ........................................................................................................ . . .. ..

. . . . . .

CAPITULO 6

VALIDACION DEL SCB

INTRODUCCION ............................................................................................................................ SlMULADOR.DE LA PDM ............................................................................................................ Software del Simulador .................................................................................................................. Hardware del Sistema Simulador ................................................................................................... Arreglo Experimental: SCB . SIMPDM .................................................. I ............. ; .......................... Objetivo y Características de las Pruebas ............................................................... ...... i .............. Procedimientos de Prueba para el SCB ........................................................................ ................. Diseiio de Recetas ............................................................................................................. ! ............. Aplicación y Resultado de las Pruebas Funcionales ....................................................................... REFERENCIAS ................................................................................................................................

VALIDACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ................................................................. . . ..

5-1 5-1 5-1 5-2 5-2 5-3 5-3 5-5 5-7

5-13 5-13 5.13 5.13 5.14 5-15 5.17 5-18

6-1 6-1 6-2 6-5 6-8

6-10 6.10 6-10 6-12 6-27 6-43

http://SlMULADOR.DE

b CONTENIDO SISTEMA OE CONTROL BATCH

: . I ! , . ~ CAPITULO 7

CONCLUSIONES

7.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 7-1 7.2 APORTACIONES ............................................................................................................................ 7.2~ 7.3 7.4 OBSERVACIONES ......................................................................................................................... 7-4 ".,

SUGERENCIAS PARA TRABAJOS FUTUROS ............................................................................. 7-4'.

\ '1,

\

APENOICE A "TERMINOLOGIA DE PROCESOS BATCH ..................................................... A-1

APENOICE B "PROCEDIMIENTO DE APLICACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ........... 6-1

t

Número de Figura o Gráfica: 1, Deswipción: Página

CAPITULO 1:

Figura 1.1: CONFIGURACION FlSlCA DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB) ..................................... 1-5 Figura 1.2 , . FUNCIONES DE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH .................................. :.. ........................... 1-7

. .

CAPITULO 2:

Figura 2.1: Figura 2 .2 Figura 2.3: Figura 2 .4 '

'i; 3 '

MODELO JERAR[IUICO CIM DE UN SISTEMA BATCH ............................................................. 2-5 MODELO JERAROUICO ISA DE UN SISTEMA BATCH .............................................................. 2-7 NIVELES OE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH ..................................................................... 2-8 NIVELES FUNCIONALES DE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH, DE iSA-SP88 STANDARD. 2-9

!

2,

CAPITULO 3

Figura 3.1:

Figura 3.3 Figura 3.4

Figura 3.5: Figura 3.6: Figura 3.7

SISTEMA DE CONTROL AUTOSOPORTADO (CAT) CON TOPOLOGIA OE BUS ....................... 3-3

CONFIGURACION FlSlCA DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ............................................... 3-5 NIVELES FUNCIONALES DE UN SISTEMA OE CONTROL BATCH PROPUESTO POR SP88 DE ISA Y HOWARD P. ROSENOF ............................................................................................. 3-7 MOOELO DE DISEÑO-OEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB) .......................................... 3-8 FUNCIONES DE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH ............................................................... 3.9 ESTRUCTURA DE CONTROL DE LAS RECETAS ...................................................................... 3-10

Figura 3.2 ESTACIONES DE OPERACION DEL SCB .................................................................................... 3-4

CAPITULO 4:

Figura 4.1: Figura 4.2 Figura 4 .3 Figura 4.4: Figura 4.5: Figura 4.6 Figura 4.7

Figura 4 .8

'.\ ?.

\

DIAG. GENERAL OEL FLUJO DE INFORMACION DEL SOFTWARE\MANEJADO POR TABLAS. 4-1 INTEGRACION Y FLUJO DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ................................................. 4-2 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA DEL SUPERVISOR ............... ...................................... 4-4

DIAGRAMA JERAROUICO DE LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE EATCSUP .......................... 4-8

a). DIAGRAMA JERARaUiCO DE COMUNICACION DEL SUPERVISOR Y EL pMAC ................ 4-9

DIAGRAMA DE ARBOL DEL SUBSISTEMA SUPERVISOR (BATCSUP.EXE) ................................ 4.8

DIAGRAMA JERAROUICO OEL MENU PRINCIPAL ....................................................................

b). DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION MONITOR ....................................................... 4.9 DIAGRAMA JERAROUICO: FUNCION SELECCION DE RECETA ................................................. 4.9

4-8

i

FIGURAS Y GRAFICAS

Figura 4.9 r Figura 4.10 Figura 4.11: Figura 4.1 2 Figura 4.13 Figura 4.14

Figura 4.15 Figura 4.16 Figura 4.17 Figura 4.18: Figura 4.19 Figura 4.20

7 Figura 4.21: Figura 4.22 Figura 4.23 Figura 4.24 Figura 4.25: Figura 4.26: Figura 4.27 Figura 4.28: Figura 4.29: Figura 4.30: Figura 4.31:

Figura 4.32 Figura 4.33: Figura 4.34 Figura 4.35: Figura 4.36 Figura 4.37 Figura 4.38:

j.

T 9

Figura 4.39 Figura 4.40:

Figura 4.41: Figura 4.42:

DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNClON MANEJO DE RECETA ........................................... 4.9 DIAGRAMA JERARRIJICO DE LA FUNCION INlClALlZAClDN DE LA COMUNICACIDN ........... 4-1° DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNClON LISTAR RECETA ................................................... 4.10 DIAGRAMA JERARRUICO DE LAS FUNCIONES DE PRIMER NIVEL DE 6ATCENV.C ............... 4.11 a) . DIAGRAMA JERARRUlCO DE LA FUNCION DE ENVIO DE ENTEROS ................................. 4-12 b) . DIAGRAMA JERAR[IUICO DE LA FUNCION DE TRANSMISON DE OATOS ....................... 4-12 DIAGRAMA JERARQUlCO DE LA FUNCION DE ENVIO DE DATOS DEL TIPO REAL ................ 4-12 DIAGRAMA JERARQUlCD DE LA FUNClON DEL TECLADO ..................................................... 4-12 DIAG . JERARRUICO FUNCIDN DE VERlFlCAClDN DE LA RESPUESTA DE pMAC.6000 4-13 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION OE CAMBIO DE PARAMETROS 4-13

4.13 OIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCIDN DE MONITORED DEL PROCESO .......................... 4-14 DIAG . JERARQUICO DE LA FUNCIDN DE ADQUISICION DE CADENAS DE CARACTERES 4-14 DIAGRAMA JERARRUICO OE LA FUNCION DE ADQUISICION DE DATOS DEL TIPO REAL .... 4-14 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE ADQUISICION DE ENTEROS ........................... 4-15 DIAG . JERARRUICO DE LA FUNCIDN DESPLIEGUE DE LAS SECUENCIAS DE LA RECETA .... 4-15 OIAG . JERARRUICO DE LA FUNCION CAMBIO DE PARAMETROS EN CONTROLADORES ..... 4.15 DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNCION DE ELECCION DEL TIPO CONTROLADOR ............ 4-16 DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNCION DE ASIGNACION Y ENVIO DE DATOS REALES .. 4-16 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE EDlClON DE LA RECETA ............................... 4-17 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCIDN DE EDlClON TOTAL DE LA RECETA ................... 4-17 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE EDlClON PARCIAL DE LA RECETA ................ 4-18

DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNClON DE MONITOREO ................................................... 4-11

........ ..........................

........ DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNCION DE ENVIO DE CADENAS DE CARACTERES

......

ai . DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCIDN DE EDlClON DE FASES DEL PROCESO ........ 4.18 b) . DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE EDlClON DE SUBFASES DEL PROCESO .. 4.18 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION EDlClON DE PROCEDIMIENTOS DE LA RECETA . 4-18

DIAG . JERARRUICO FUNCION EDlClON DE DATOS DE CONTROLADORES DE LA RECETA .. 4-19

DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNCION OPCIDN DE SECUENCIA DE LA RECETA ........... 4-20

DIAG . JERARRUICO FUNCION: EDlClON DE SECUENCIAS DE ACCIONES DE CONTROL ........ 4-19

DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE REGISTRO DE LA RECETA 4.20

DIAG . JERARRUICD FUNCION: EDlClON DE PASOS Y ACCIONES DE CONTROL DE RECETAA.20 DIAGRAMAS JERARRUICOS ai . FUNCION OE IDENTIFICACION DEL CONTROLADOR 4.21 b) . FUNCION DEL CONTROLAOOR PI0 4.21 c) . FUNCION DEL CONTROLAOOR PI 4-21 dl . FUNClDN DEL CONTROLADOR PO ....................................................................................... 4-21 e) . F'-!plON DEL CONTROLADOR PROPORCIONAL .................................................................. 4-21 Df A G R h JERANUCO DE LA FUNCION ELECCION DE LA VARIABLE ................................ 4.21 DIAGRAMA JERARRUICO DE LA FUNCION DE CARGA EN MEMORIA DE LA TABLAS DE DATOS DE LA RECETA 4.22

a) . DIAG . JERARRUICO LECTURA OATOS DE CONFIGURACION DE CONTROLADORES 4-23

.............................

........................................................... ......................................................................................

........................................................................................

............................................................................................................. DIAGRAMA JERARRUICD DE LA FUNCION DE LECTURA DE LOS DATOS DE LA RECETA

bl . DIAG . JERARRUICO LECTURA DATOS DE CONFIGURACION DE EIS DE /~MAC-6000

4.22 .... ........

4.23 ......

FIGURAS Y GRAFICAS

Figura 4.43

Figura 4.44: Figura 4.45: Figura 4.46 Figura 4.47: Figura 4.48

Figura 4.49 Figura 4.50 Figura 4.51: Figura 4.52: Figura 4.53 Figura 4.54 Figura 4.55: Figura 4.56 Figura 4.57: Figura 4.58: Figura 4.59 Figura 4.60 Figura 4.61: Figura 4.62: Figura 4.63 Figura 4.64:

Figura 4.65: Figura 4.66: Figura 4.67: Figura 4.68 Figura 4.69:

CAPITULO 5:

Figura 5.1: Figura 5.2: Figura 5 . 3 Figura 5 .4 Figura 5.5: Figura 5 . 6 Figura 5.7: Figura 5.8:

DIAGRAMAS JERAROUICOS:

b). FUNC~ON DE LECTURA DE DE LOS OATOS OE LOS PROCEDIMIENTOS .......................... 4-23 DIAG . JERAROiJICO OE LECTURA OE PASOS.ACCIONES DE CONTROL DE LA RECETA ....... 4.23 OIAG . JERAROUICO DE LA FUNCION CONFIGURACION DEL SISTEMA /1MAC.6000 .............. 4.24

4.24

4-25 4.25

a). FUNC~ON DE LECTURA DE DE LOS OATOS DE SUBFASES .............................................. 4-23

DIAG . JERAROUICO DE LA FUNCION OUE REALIZA OPERACIONES DE CONFIGURACION DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNClON DE LECTURA OE FASES ...................................... 4-25 a) . OIAGRAMA JERAROUICO FUNCION DE CONFIGURACION OE CANALES b) . DIAGRAMA JERAROUICO FUNCION RUE GUARDA OATOS DE CONFIGURACION OIAGRAMA OE FLUJO DEL PROGRAMA OE CONTROL BATCTR1.C ........................................ 4.27 OIAGRAMA OE ARBOL OEL SUBSISTEMA DE CONTROL (BATCCTRL.EXE) ............................ 4-28 DIAGRAMA JERAROUICO DE LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE BATCTRL ........................... 4.29

.....

........................... .............

OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION CONFIGURACION DE ENTRAOAS Y SALIDAS ..... 4.30 OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION INlClALlZAClON DE OATOS ................................. 4.30 DIAGRAMA JERARQUICO DE LA FUNCION DE INTERRUPCION POR COMUNICACION ........... 4-30 OIAGRAMA JERAROUICO FUNCION ENLACE DE COMUNICACION CON EL SUPERVISOR ...... 4-31 OIAG . JERAROUICO DE ASlGNAClON Y CAPTURA DE COMANDOS DEL SUPERVISOR .......... 4-31 OIAG . JERAROUICO DE VERlFlCAClON OE OATOS REClBlOOS DEL SUPERVISOR ................. 4-32 OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE CONTROL SECUENCIAL .................................. 4-32 DIAGR . JERAROUICO DE INlClALlZAClON DE LOS CONTADORES DEL PROGRAMA .............. 4-32 N A G . JE~AROUICO INTERPRETACION DE CONDICIONALES OEL PROCEDIMIENTO GRAL .... 4-33

. JERARQUICO OE INTERPRETACION OE LAS SECUENCIAS DE FASES ......................... 4.33 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION INTERRUPCION DE CONTROL Y POR TECLADO . 4.33 DIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION POR INTERRUPCION: AOIlUlSlClON Y ENVIO 4.34 a) . í N X M M A JERAROUICO ~LJNClON POR INTERRUPCION: TECLADO ................................ 4-34 b) . DMGllAMA JE~"JlCO WNClON POR INTERRUPCION CONTROL REGULATOR IO ....... 4-34

WAG . J ~ l W O U I C O lNTERPRETAClON DE SECUENCIAS CONDICIONALES EN SUBFASES .... 4-35

.....

~ k m A M A JERAm"JO: WNClON CONTROL DE SUBFASES ............................................... 4.35

. JEMOlJ ICO INTERPRETACION DE LAS SECUENCIAS DE SUBFASES ........................ 4-35 DIAG . JERARoUICO INTERPRETACION OE ACCIONES DE CONTROL-ENVIO DE S E ~ ~ A L E S ..... 4.36 M G R A M A J ~ ~ A ~ o U l C O OE LA FUNCION DE CONTROL REGULATOR10 ............................... 4.36

BOSOUEJO FUNCIONAL DE UNA CTE ....................................................................................... 5-1

ESOUEMA FUNCIONAL DE UNA PLANTA OESMINERALIZAOORA ........................................... 5.6

ETAPAS OE OPERACION NORMAL ............................................................................................ 5-8 ETAPAS OE LA REGENERACION DEL CATION .......................................................................... 5-11 ETAPAS DE LA REGENERACION DEL ANION ............................................................................ 5-11 ETAPAS DE LA REGENERACION OEL LECHO MIXTO ............................................................... 5 4 2

UBlCAClON OE LA POM EN UNA CTE ...................................................................................... 5-2

ESTAOOS OPERATIVOS EN .UNA POM ....................................................................................... 5.7

iii

f 3

FIGURAS Y GRAFICAS

CAPITULO 6

Figura 6.1:

Figura 6.2 Figura 6 .3

Gráfica 6.1: Gráfica 6.2: Gráfica 6.3 Gráfica 6.4 Gráfica 6.5: Gráfica 6.6 Gráfica 6.7 Gráfica 6 .8 Gráfica 6.9 Gráfica 6 .10 Gráfica 6.11: Gráfica 6.12 Gráfica 6.13 Gráfica 6 .14 Gráfica 6.15: Gráfica 6.16 Gráfica 6.17 Gráfica 6 .18 Gráfica 6.19 Gráfica 6.20: Gráfica 6.21: Gráfica 6.22 Gráfica 6 .23 Gráfica 6 .24 Gráfica 6.25: Gráfica 6.26 Gráfica 6 .27 Gráfica 6.26: Gráfica 6.29 Gráfica 6.30:

(a): DIAGRAMA DE. FLUJO SIMULADOR DE LA PDM (primera parte) ............................... 6-3 (b): DIAGRAMA DE FLUJO DEL S~MIJLAOOR DE LA PDM (segunda parte) .............................. 6-4 PLATAFORMA FlSlCA PARA LAS PRUEBAS FUNCIONALES .................................................... a) . INTERFAZ: ~ E ~ ~ A L E S LOGICAS DE SCB Y SIMPOM ........................................................... 6.9 b) . INTER FA^ SEWALES ANALOGlCAS DE SCB Y SIMPDM .................................................... 6-9

NIVEL DEL TANQUE DIA DE AGUA DESMINERALIZADA .......................................................... 6-28 NIVEL DEL TANQUE ALMACENAMIENTO DE AGUA DESMINERALIZADA ................................ 6.28

............................................................................... CONDUCTIVIOAD DEL FILTRO CATIONICO 6-29 CONOUCTIVIDAD DEL FILTRO DE LECHO MIXTO 6.29 CANTIDAD DE AGUA TRATADA 6.29 NIVEL OEL TANQUE DIA DE ACIOO SULFURICO 6-30 NIVEL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE ACID0 SULFURICO ....................................... 6-30 NIVEL DEL TANQUE DIA DEL HlOROXlOO DE SODIO ............................................................... 6-31 NIVEL DEL TANQUE OE ALMACENAMIENTO DEL HlDROXlDO DE SOD10 ............................... 6.31 EJECUCION DE LAS FASES DE LA PDM (Prueba No . 1) ........................................................... 6.32 NIVEL DEL TANQUE DIA DE AGUA OESMINERALIZADA .......................................................... 6-34 NIVEL 0EL.TANDUE ALMACENAMIENTO DE AGUA DESMINERALIZADA ................................. 6.34 CONDUCTIVIDAD DEL FILTRO CATIONIC0 ............................................................................... 6.34 CONDUCTIVIOAD DEL FILTRO DE LECHO MIXTO ..................................................................... 6-35

..................................................................... ...............................................................................................

......................................................................

CANTIDAD DE AGUA TRATADA ................................................................................................ 6.35 .. NIVEL DEL TANQUE DIA DE ACIDO SULFURICO ...................................................................... 6-35 NIVEL DEL TANQUE OE ALMACENAMIENTO DE ACIOO SULFURICO ....................................... 6-36

NIVEL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DEL HlDROXlDO DE SO010 ............................... 6.36 EJECUClON DE LAS FASES OE LA PDM (Prueba No . 2) ........................................................... 6.37 NIVEL DEL TANQUE OIA OE AGUA DESMINERALIZADA .......................................................... 6.38 NIVEL DEL TANQUE ALMACENAMIENTO DE AGUA DESMINERALIZADA ............................... 6.38 CONDUCTIVIOAD DEL FILTRO CATIONIC0 6-38 CONDUCTlVlDAD DEL FILTRO DE LECHO MIXTO ..................................................................... 6-39 CANTIDAD DE AGUA TRATADA 6.39 NIVEL DEL TANQUE DIA DE ACID0 SULFURICO ...................................................................... 6.39 NIVEL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AClOO SULFURICO ..................................... 6-40 NIVEL DEL TANQUE DIA DEL HlOROXlOO DE SO010 6-40 NIVEL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DEL HlOROXlDO DE SOD10 6-40

NIVEL DEL TANQUE OIA OEL HlDROXlDO DE SO010 ............................................................... 6-36

............................................................................... . . ...............................................................................................

............................................................... ...............................

EJECUCION DE LAS FASES DE LA PDM (Prueba No . 3) 6.41 ..........................................................

iv

CAPITULO 1

1.1 ANTECEDENTES.

Como parte de su misión, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), realiza actividades para apoyar y promover el mejoramiento del proceso de generación de energía eléctrica en el país. Uno de sus principales cursos de acción ha sido el desarrollo e implantación de sistemas digitales de información y control para elevar los niveles de automatización de las operaciones de algunas centrales generadoras de energía eléctrica. Como producto de estas actividades se ha ido creando una base tecnológica propia en esta área, al mismo tiempo que ha permitido detectar un sinnúmero de necesidades de desarrollo tecnológico. Como respuesta se han llevado a cabo diversas acciones y se han realizado propuestas con el objetivo de satisfacer tales necesidades. 4

3

En julio de 1988, e l Departamento de Simulación presentó a Babcock 81 Wilcox de México, S.A. de C.V. [1.1], un sistema elactrónico basado en microprocesador, para solucionar las necesidades de automatización y control del Sistema de Tratamiento de Agua en la Central Carboeléctrica Carbón II de la Comisión Federal de Electricidad (WE). En octubre del mismo año, se realizó un Análisis de la Operación Automatizada de la Central Termoeléctrica de Manzanillo I í1.21; cuyo objetivo fué establecer un plan de modernización del sistema de información y control mediante la implantación de equipos digitales y técnicas modernas de control. En 1989, se realizó un estudio sobre la automatización integral de Plantas Desmineralizadoras de Centrales Termoeléctricas í1.31, que sirvió como base para la propuesta de desarrollo de un sistema de control automático de la Planta Desmineralizadora (POMI y la Planta Pulidora de Condensados del Sistema de Tratamiento de Agua de la Central Termoeléctrica (CTE) de Río Escondido, Coah. En 1990, el mismo grupo de investigadores trabajó en el diseño de un sistema digital para el control de una PDM, basado en equipo comercial; empleando para su integración las dimensiones de la PDM de Río Escondido.

i f

El Departamento de Automatización de Procesos del IIE, iniciá en 1989, la integración de un sistema digital para el monitoreo y control de procesos industriales de mediana escala, que también sirviera como una plataforma física y programática para el desarrollo de ingeniería de control. Como resultado se obtuvo el sistema de Control Autosoportado (CAT) 11.41. Por una parte, el CAT le permitiría al departamento, responder en tiempo mínimo a las oportunidades de automatización da subprocesos en centrales generadoras; y por otra, serviría como infraestructura para la realización de actividades de investigación y desarrollo tecnológico en las áreas de control de procesos industriales (estrategias y algoritmos da control), comunicaciones (protocolos) y computación (interfases y software en tiempo real).

Entre las Breas consideradas de interés para el desarrollo de tecnología de control de procesos industriales, se tienen las siguientes:

1.1

INTROOUCCION CAPITULO 1

:

a). Control regulatorio, secuencia1 y batch. b). Control de procesos con algoritmos no convencionales c). Control de procesos por métodos no analíticos. d). Control estadístico de procesos.

Y>

Esta tesis se ubica en el inciso a) anterior y pretende contribuir, principalmente mediante el desarrollo de sistemas programáticos eficaces e innovadores a la generación de tecnología propia,.para la automatizaciÓn de procesos (industriales de mediana escala) del tipo batch. El proyecto comprende la particularización del CAT como un controlador BATCH 11.51. e l desarrollo de un sistema programático generalizado para el control de procesos batch y su aplicación al control de la Planta Desmineralizadora de una Central Termoeléctrica, con el cual se resuelven las necesidades de operación normal, secuencias de arranque y paro, la regeneración de los filtros de resina y los comandos de operación.

' .

i: 5 G .. -.

--. 1.2 PROBLEMATICA TECNICA.

La problemática técnica a resolver se'encuentra enmarcada por los siguientes problemas genéricos:

1).

2.).

El desarrollo de software de control como software en tiempo real, que demanda la aplicación de metodologias especiales que garanticen su desempeiio eficaz. La automatización de procesos batch, para Io cual deben conjuntarse conceptos de diversos campos tales como: sistemas digitales para el diseño, integración y puesta en servicio de las plataformas (soporte físico) de desarrollo e implantación; automatización integral de procesos para el diseiio basado en modelos conceptuales generalizados que garanticen la funcionalidad y aptitud del sistema de información y control que se desarrolla; Ingeniería de proceso para realizar la tipificación del proceso a controlar como un proceso batch y demostrar la correctez del enfoque para la automatización de las maniobras de operación. El control de procesos batch que demanda una visión más general para resolver cuestiones adicionales al control regulatorio y al control lógico-secuencia1 de procesos.

Qi *

3).

Un sistema de software de control en tiempo real requiere de la integración de un sistema con hardware y software. Para desarrollar un sistema de control basado en software en tiempo real, es necesario cumplir con tres requisitos I1.61: primeramente conseguir un conjunto de requerimientos funcionales y de rendimiento; para conseguir esto se debe realizar la asignación adecuada de función y comportamiento de cada elemento del sistema. Una vez que se ha realizado la asignación, se necesita establecer los requerimientos detallados del software; y finalmente desarrollar el diseno fundamental del mismo. Entre los muchos aspectos relativos al diseño en tiempo real están: la coordinación y comunicación entre las tareas de tiempo real, e l procesamiento de interrupciones.de1 sistema, el manejo de EIS para asegurar que no se pierdan datos, la especificación de las ligaduras de tiempo externas o internas del sistema, los requerimientos especiales para manejo de errores y recuperación de fallos, el aseguramiento de la precisión de la base de datos y e l acoplamiento necesario e inevitable con sistemas operativos, hardware y otros elementos externos del sistema.


I

Para qua un sistema en tiempo real genere alguna acción en respuesta a un suceso extamo, debe ejecutar ,una adquisición y control de datos a alta velocidad bajo varias ligaduras de tiempo y fiabilidad.

.. Con respecto a la automatización de un proceso batch, ésto es un problema de control que presenta, tanto cuestiones lógicas como algebraicas 11.4; de tal manera que se requiere de una gran cantidad da control discreto y de la coordinación de muchas piezas de equipo, así como de algoritmos matemáticos, para obtener diferentes productos en ‘forma regular. Aún con un sistema basado en computadoras, e l hecho de involucrar diferentes pasos secuenciales y paralelos que conjuntan la lógica secuencia1 con los algoritmos matemáticos, representa todo un reto en la automatización de un proceso batch.

Simplemente una sola unidad (eiem: un filtro desmineralirador o un tanque mezclador de ingredientes), de un proceso batch requiere de un compliado conjunto de procedimientos y funciones predeterminadas para ejecutar las diversas operaciones que allí se llevan a cabo. Además como proceso betch, necesita de frecuentes chequeos y modificaciones y de mucha flexibilidad para obtener diferentes productos r1.81.

En un proceso continuo, el requerimiento esencial para controlarlo es mantener puntos da referencia dentro de los límites. En operación normal, el proceso permanece an una sola etapa y cuando se presenta una falla, las acciones correctivas son una sola serie; en cambio, un proceso batch es multietapas por naturaleza y esa misma condición de falla en diferentes etapas del proceso podría tener diferentes implicaciones y requerir diferentes acciones correctivas 11.81. Además, el diseño y aplicación da un sistema de control batch es considerablemente más complicado y consume más tiempo que un sistema de control continuo, equivalente en tamafio.

Finalmente, el problema principal de diseño para un sistema de control batch, es Io concerniente a la integración de las tareas correspondientes a las funciones secuenciales y a las de regulación, dentro del m i m o sistema confiable; procesando información y operando en tiempo real bajo un subsistema de supaniisión que monitoree constantemente al proceso; a la vez que dicho sistema de control incluya la creación y aplicación de varias secuencias de procedimientos (recetas) de operación para que proporcione al proceso la flexibilidad que necesita.

1.3 OBJETIVO Y ALCAMCE.

El objetivo original de la tesis fu6 diseñar, desarrollar, integrar y validar los programas de aplicación necesarios para realizar el monitorea de variables, la ejecución da las secuencias y la evaluación de algoritmos de control, el cálculo de parámetros da operación y la actualización de las señales da control para la automatización de la Planta Desminaralizadora de una Central Termoeléctrica.

En el transcurso del trabajo de la tesis, se optó por satisfacer de una manera más amplia los requerimientos

Con una visión más clara del contexto tecnológico y de la problemática técnica a los qua se pretendía aportar

del mismo, lo cual llevó de un modo natural, a una reformulación del objetivo.

soluciones, el trabajo de tesis se replantaó de la siguiente manera:

1.3

INTAODUCCION CAPITULO 1

En lugar de obtener un sistema programático particular que permitiera solamente la automatización de las operaciones de una PDM como un proceso batch, se buscaría extender las soluciones para obtener un sistema programático generalizado que pudiera utilizarse para automatizar una gran variedad de procesos batch mediante reconfiguración; y como una prueba de su eficacia se validaría aplicándolo a un caso de estudio: la PDM.

Este nuevo enfoque permitiría por una parte satisfacer plenamente el objetivo originalmente propuesto y por

?

otra obtener una mejor relación costolbeneficio del sistema desarrollado.

El alcance del trabajo de tesis, contempló Io siguiente:

1). Realización de un estudio y análisis del control de procesos batch estrategias, normas, sistemas, realización, problemática y retos.

2). Realización de un estudio de la ingeniería de proceso de la Planta Desmineralizadora, que abarca el conocimiento de la naturaleza y problemática del proceso de tratamiento del agua de repuesto ai ciclo agua vapor de una Central Termoeléctrica.

3). Establecimiento de los procedimientos de operación de la Planta Desmineralizadora para determinar los requerimientos y características del sistema de control.

4). Conceptualización y particularización del sistema de Control Autosoportado como un Sistema de Control Batch (SCB) 11.51.

5). Especificación y diseño del Sistema programático de Control Batch generalizado, desarrollo y validación operativa en la plataforma del CAT.

6). Aplicación del Sistema de Control Batch generalizado para la operación y el control de la Planta Desmineralizadora.

7). Validación en tiempo real de la aplicaci6n del SCB al control de la PDM con proceso simulado en ambiente tipo industrial.

El Sistema de Control Batch tiene la capacidad de controlar y supervisar a un proceso batch de mediana escala; el límite en entradas y salidas, Io impone el equipo disponible (1.91. Tomando en cuenta que los recursos del laboratorio de Automatización, nos imponían un límite máximo de 16 entradas digitales, 16 salidas digitales, 16 entradas analógicas y de 6 salidas analógicas, la validación en tiempo real del SCB se realizó para las etapas más importantes y características de la PDM: a). Operación Normal, que comprende todos los pasos del proceso de producción de agua desmineralizada y b). Regeneración del Lecho Mixto, las cual es la etapa que demanda mayor esfuerzo a l SCB.

El diseño del Sistema de Control Batch (SCB), no cubre el análisis y diseño de algoritmos lógico-secuenciales. Tampoco incluye el diseno ylo análisis de los algoritmos de control regulatorio; la selección de los algoritmos del tipo convencional: PID. PI. PD y P, aquí utilizados, se realizó con base en la literatura.

Con respecto a la interfaz hombremáquina, e l SCB no contempla el desarrollo de una interfaz gráfica; sin embargo, presenta una interfaz sencilla con despliegues de avisos, acciones de control, variables de proceso y datos del sistema de control.

1.4


1.4 PRODUCTO. 9 Como resultado de este trabajo de tesis se obtuvieron los siguientes productos:

a). Prototipo mínimo de un Sistema de Control Batch (SCBI. b). Sistema programático generalizado para el control de procesos batch (SCB). c). Simulador de la Planta Desmineralizadora (PDM) en tiempo real.

El sistema de Control Batch ISCB), es un sistema generalizado para el control automático de la operación de procesos del tipo Batch, que c9nsiste de un conjunto de funciones y algoritmos de control ejecutables en un controlador universal, enlazados con un programa coordinador ejecutable en una estación de supervisión basada en una computadora personal del tipo AT.

3 Prototipo Mínimo de un Sistema de Control Batch.

La configuración física del SCB, comprende tres estaciones de trabajo: estación del supervisor, estación del operador y estación de control (figura 1.1).

I

FIGURA 1.1: CONFIGURACION FlSlCA DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ISCB).

1.5


La estación del supervisor está basada en una computadora personal del tipo AT. Aquí reside el programa BATCSUP.EXE que realiza las siguientes tareas principales: 9

Creación de recetas usando texto ASCII, Almacenar y seleccionar recetas de proceso, Configurar canales del modulo EIS de la esJaci6n de control, Envio y carga de la receta en el sistema digital pMAC-6000, Despliegue de las condiciones del proceso, Monitoreo de variables, parámetros y secuencias lógicas, Modificaciones en linea, Cambios de receta, sin requerir compilación ni ligado del código.

B La estación del operador también está basada en una computadora personal del tipo AT y se utiliza en dos formas. Una como estación de monitoreo de la operación de la estación de control y otra como estación de desarrollo local de los programas de aplicación que se ejecutarán en la estación de control.

e *

Cuando se utiliza como estación de desarrollo opera en modo fuera de línea y realiza las funciones principales siguientes:

Proporcionar un ambiente integrado para el desarrollo*(edición, compilacih, e n h e y depuración) de los programas de aplicación de la estación de control. Transmitir y relocalizar la apliación'hacia la estación de control mediante un protocolo kermit.

D Cuando se Ütiliza como estación de operación opera en modo interactivo (en línea) con la estación de control \:

\. . .

y realiza las funciones principales siguientes:

Monitorear localmente la operación de la estación de control mediante el intercambio bidireccional de información 'con ésta última. 1

Depurar en tiempo.de ejecución la aplicación de la estación de control mediante un programa residente en ésta última. 'I

La transferencia de información entre la computadora personal de la estación de operación y desarrollo y la estación de control se realiza mediante dos interfases. Una RS-485 cuando está en modo de operación y una RS- 232 cuando está en modo de desarrollo.

Le estación de control está basada en el controlador universal de tipo industrial pMAC-6000. Aquí reside el programa BATCTRLEXE que realiza las funciones principales siguientes:

La estación de control está constituida por el sistema digital pMAC-6000. que es un controlador universal del tipo industrial. En esta estación SB establece el programa de aplicación, que es un programa intérprete, capaz de realizar las siguientes funciones:

http://tiempo.de


*

0

I

B Recibir, procesar y establecer datos de rpceta. Habilitar los canales del sistema digital pMAC-6000, Habilitar las interrupciones del sistema digital pMAC-6000, Entablar comunicación con el supervisor, Adquirir datos del proceso, Enviar comandos al proceso, Ejecutar el control secuencia1 y el control regulatorio en el mismo sistema, Habilitar controladores convencionales, como: PIO, PI, PO y P. Detectar y procesar situaciones de falla de los dispositivos y habilitar los de reserva.

Sistema Programático Generalizado para el Control de Procesos Batch (SCB). ,

El SCB es al producto más importante de éste trabajo de tesis. Constituye la realización práctica de un modelo conceptual en el estado del arte para la automatización de procesos batch. Integra bajo un mismo marco conceptual las funciones de control lógico-secuencia1 con funciones de control regulatorio, protección, supervisión y adquisici6nlenvío de senales, todo conforme a procedimientos (recetas batch) a fin de lograr una ejecución armoniosa y eficaz. La figura 1.2, muestra la estructura funcional del Sistema de Control Batch ISCB).

s.

5 c

FIGURA 1.2: FUNCIONES DE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH.

1.7

- ... -

INTRODUCCION CAPITULO 1

Manojo Bitch: Ocupa la posición más alta en la jerarquía de funciones' de un COntrohdOr batch. Se encarga de gestionar y modificar las recetas del proceso. inicia, SUperViSa y detiene al Proceso batch, transfiriendo información entre el supervisor y e l controlador. Esta función reside Y se ejecuta en la estación de supervisión.

LbgicaSecuencial: Es la parte medular del SCB; interviene en todas las funciones de control de un proceso batch. Se encarga de ejecutar todos los procedimientos de secuenciamiento y combinación considerados en las recetas. Se encarga de habilitar y deshabilitar los lazos de control regulatnrio y las funciones de protección. Adquiere datos del proceso y enwia información al supervisor. Reside y se ejecuta en la estación de control.

Control Regulatorio: Interviene en las fases de control relacionados con regulación de las variables continuas del proceso (presiones, niveles, temperaturas, etc.). Permite la asignación de puntos de referencia y limites de alarma, y el ajuste de los parámetros de los controladores.

Interbloqueo: Las funciones de protección residen en la estación de control, y se ejecutan a través del lenguaje de lógica secuencial. Proporciona seguridad en el arranque, funcionamiento y paro de un proceso. Están activas todo el tiempo, siempre cerca del proceso, cada vez que se ejecute un comando de control, ya sea de seiial analógica o binaria; por lo que al presentarse una falla se ejecutará una serie de acciones correctivas muy rápidas y10 seguras.

lnterfaz eon usuarios: Proporciona informaciÓn adecuada acerca del desempeño del proceso, permitiéndole al operador, el cambio de estrategias y parámetros. La información desplegada visualmente muestra el modo de operación del SCB, los estados operativos del proceso, así como el de los dispositivos; monitoreará los valores de las variables y parámetros de el o los controladores de regulación habilitados. La función de interfaz con usuarios reside en la estación del supervisor.

lntarfaz a Campo: Esta actividad maneja seiiales de campo tanto de entrada y salida binaria, como a las de entrada y salida analógica. Las señales de campo son alimentadas del proceso al módulo de EIS de la estación de control. Para ejecutar las acciones correctivas en caso de.discrepancia, el SCB, a través de la interfaz a campo, se basará en el estado actual y el estado deseado de las entradas y salidas del proceso.

El sistema programático del Sistema de Control Batch (SCB) generalizado, presenta siguientes:

Estructura modular, Módulos preconfigurados,

* Fácil de configurar, usar y modificar sin necesidad de especialistas en computación, Flexibilidad en la formulación de recetas.

1.8

las caracteristicas


%. z C' I

I I

Simuladar de [a Planta Desminaralizadora.

Para la validación del Sistema programático del SCB, se desarrolló un Simulador en tiempo real de la Planta Demineralizadora (SIMPOM) con las características SigUienteS:

Software:

*

Hardware:

*

*

Creación .de pruebas con diferentes condiciones del proceso, Almacanamiento, carga y selección de pruebas. Contiene módulos que simulan las etapas operativas más importantes del proceso, Los módulos se ejecutan según los comandos del sistema de control, Despliegues del estado operativo y las secuencias que se ejecutan.

Computadora personal equipada con tarjetas de adquisición /RTI-815) de entradaslsalidas lógicas y analógicas. Basado en amplificadores operacionales, que representan procesos de lo. y 20. orden, proporcionando la tendencia de cuatro variables del proceso. Representación de ¡as variables de los lazos de control del proceso (temperatura, densidad y flujo), Con entradas adicionales para perturbaciones.

1.5 PANORAMA.

Este documento consta de 7 capítulos que describen la metodología y desarrollo del proyecto de tesis.

El capítulo 1 proporciona una perspectiva global y precisa del proyecto, presentando el contexto tecnológico que enmarcó su desarrollo, la problemática a resolver, el objetivo y alcance del proyecto y al producto obtenido.

El capitulo 2 presenta los fundamentos teóricos del control batch. Se establece la diferencia entre un proceso batch, un secuencia1 y un continuo, se plantea la problemática a resolver, se sitúan las opciones de solución, se realiza una descripción funcional del sistema de control para automatizar un proceso batch y se presentan los dispositivos más comúnmente empleados.

El capítulo 3 presenta el diseíio funcional del sistema de control batch (SCB), describiendo a detalle la configuración física del sistema propuesto, se describen los elementos funcionales pertinentes el proyecto de automatización y se presentan las especificaciones de los requerimientos para establecer el sistema de control batch.

El capítulo cuatro, presenta el diseño del sistema programático del SCB. Describe la filosofía de diseño, la integración del SCB desde el punto de vista de software; los diagramas de árbol y los módulos de que consta el

i

INTROOUCCION CAPlTULD 1

sistema programático de control, de tal manera que provee la información necesaria, suficiente y detallada: del software utilizado para la realización y aplicación del SCB.

! !

I

El capítulo 5 describe la Planta Desmineralizadora, como caso de estudio, determinándose en detalle las Características del proceso: características físicas, funcionales y operatiwas. A d d s , so establecen 10s requerimientos y objetivos de control.

El capítulo 6, muestra' la .validación del Sistema de control Batch. Presenta la metodología empleada, esquematiza al'sofiware del SIMulador.de la Planta' DesMineralizadora (SIMPDM), como instrumento de validación del sistema programático de control batch; presenta el diseño de las recetas, y finalmente muestra y detalla las pruebas aplicadas al SCB.

. . . .

! El capítulo 7 resalta las bondades' de este trabajo, asentando las conclusiones del proyecto de tesis, las

aportaciones generadas con este sistema de control, los beneficios obtenidos, las sugerencias a futuro y las observaciones pertinentes.

El apéndice A, define la terminología usada, permitiendo conceptualizar la automatización de los procesos batch.

El apéndice B, Presenta 10s detalles y la descripción de los pasos a seguir para realizar una aplicación del sistema de control batch.

1.10

. .

http://SIMulador.de

INTRODUCCION CAPITULO 1

1.6

i1.11

i1.21

i1.31

11.41

i1.51

11.61

11.71

i1.81

11.91

REFERENCIAS.

"Controlador Programable: Sistema de Tratamiento de Agua para la Central Carboeléctrica CFE-Carbón 1y. Documento interno, IIE, Departamento de Simulación. Julio de 1988.

"Análisis de la Operación Automatizada de la Central Termoeléctrica de Manzanillo I". Documento interno, IIE, 'Departamento de Simulación, Octubre de 1988.

MadrigaI'E., Guadalupe; "Análisis para la Automatización de la Planta Desmineralizadora de una Central Termoel6ctrica Normalizada". X Congreso Nacional de Control Automático; CINVESTAV-iPN, México, D.F. Noviembre de 1991.

Garduña R., Raúl, Proyecto 2623 "Diseño e Integración de un Controlador Autosoportado. Objetivos, producto, descripción y alcance", Documento interno, NE, Departamento de Simulación, Junio de 1989.

.Garduiio R.;Raúl, Mundo M.,'J. Aifredo; "Estructura de un Controlador Batch"; X Congreso Nacional de Control Automático; CINVESTAV-IPN, México, O.F. Noviembre de 1991.

Pressman, Roger S.; "Ingeniería del Software: un Enfoque Práctico"; McGraw-Hill; 2a. edición; 1989.

Martin, Peter G. "DESIGNING A BATCH CONTROL SYSTEM", Instrumentation & Control, Octubre 1987.

Rosenof, Howard P. y Ghosh, Asish. "BATCH PROCESS AUTOMATION Theory and Practice", Nostrand Reinhold Comoanv. Edición 1987, Caps. 1-8 y 13.

Mundo M.. José A.; "DISEfiO Y CONFIGURACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB), hardware y software"; Reoorte Final. IIE, Departamento de Automatización de Procesos; Diciembre de 1993.

1.11

CAPITULO 2

2.1 INTRODUCCION.

. ' En este capitulo se presentan los conceptos fundamentales para comprender e l control de procesos batch. Cubre la definición de un proceso'batch y algunos ejemplos de éstos; se sehalan las diferencias que existen entre dicho proceso con respecto a un proceso continuo y a un proceso secuencial; se establece la clasificación y tipos de. procesos batch. Se plantea la .problemática y e l reto de automatizar un proceso batch, explicando las propuestas de CIM (Computer Integrated Manufacturing), y de SP88 (Standard and Practices 88 Committee), como modelos para la solución al problema de control batch. El concepto CIM proporciona una estructura jerárquica general para dividir la planta en,niveles funcionales, que incluyen la jerarquía de la información y el control de toda la planta. Por otra parte, ISA' (Instrument Society of America) a través del comite SP88 proporciona una estructura jerárquica más amplia (en subniveles) para una planta de proceso batch, aplicando el concepto CIM. Además, se efectúa la descripción de la propuesta funcional de un controlador batch generalizado, aportado por Howard P. Rosenoff. Por útimo, se hace un bosquejo histórico y se describen los avances tecnológicos que hacen posible realizar soluciones integradas por computadora para la automatización de los procesos batch y de esta forma obtener productos de más alta calidad en una manera costo.efectiva.

El poder del control automático avanzado, la tecnología de las comunicaciones y el procesamiento de información hacen posible que las operaciones batch sean totalmente automatizadas. La realización de tales retos es visto como un paso monumental hacia el incremento total de la productividad de la planta batch 12.11.

I

!

I

2.2 PROCESOS BATCH.

2.2.1 Definición de Procesos Batch.

Un Proceso batch' es aquel que maneja una cantidad determinada (lote) de productos del mismo tipo, los cuales son obtenidos de acuerdo a una secuencia específica de operaciones (receta), aplicadas a cada uno de ellos.

El proceso batch generalmente se describía como uno o muchos procesos del tipo continuo, o como un proceso analágico precedido por uno discreto o usualmente como un procedimiento secuencial. Sin embargo, en la práctica los procesos industriales son convenientemente separados en tres tipos distintos, procesos continuos, procesos discretos y aquellos que combinan las caracteristicas de los procesos continuos y los discretos, los cuales son llamados procesos batch 12.2).

El apendice A, detalla la terminología Utilizada en los procesos Batch. 1

2.1

'4

9 0

FUNDAMENTOS DE CONTROL BATCH CAPITULO 2

A pesar de las numerosas predicciones de que el proceso batch no eVOhlCiOnaria como talJ este Proceso no solamente persistió si no que proliferó, y por muchas razones buenas. Una de las Principales razones es la progresiva tendencia hacia producciones más cortas de productos de alta calidad con una expansiva variedad de grados y especificaciones. Las operaciones batch por su naturaleza tiene la innata flexibilidad para manejar un gran número de condiciones de proceso y datos del producto asociados con un gran número de productos 12.31.

Debido a la habilidad de las técnicas de producción de lotes para adecuarse con efectividad al rápido desarrollo de las demandas del mercado, se ha convertido en el centro del éxito continuado de las industrias de proceso. Esto ha generado la necesidad de formalizar el proceso batch, reducir su contenido de diseno exclusivo y allanar el camino a la aplicación de sistemas de control configurables preconcebidos 12.41.

+ Como ejemplos de proceso batch se tienen:

Procesos con almacenamiento a productos que no pueden ser manipulados eficientemente en forma continua, tales como sólidos y materiales altamente viscosos (enrrequecimiento del hierro y separación de ceras). Procesos en los cuales las reacciones son lentas, requiriendo que los reactivos permanezcan en tanques por largo tiempo ífermentación de cerveza y vino). Procesos en los cuales solamente pequenas cantidades de productos o diferentes grados del mismo producto son requeridos en cantidades limitadas (materiales químicos). Procesas que requieren un control .preciso de materias primas y de la producción con documentación histórica detallada Ifabricación de medicinas).' Procesos en los cuales la materia prima está disponible solamente durante una época del a io (azúcar y conservas de fruta). Procesos que por su naturaleza son discontinuos (regeneración de resinas en una PDM).

a)

b)

c l

dl

e)

f)

2.2.2 Diferencies entre Procesos Batch, Secuenciales y Continuos 12.5, 2.61.

Existen diferencias muy marcadas e importantes entre procesos batch, secuenciales y continuos.

Un proceso Batch es altamente secuencial. y en cuanto a metas u objetivos de control, es parecido a un proceso secuencial. pero 'no es igual, ya que el proceso batch ejecuta operaciones continuas durante ciertos períodos. Todos los procesos batch son secuenciales y pueden considerarse como un subconjunto de éstos, sin embargo, lo contrario no'es siempre válido. El proceso batch se puede parar, y modificar, el secuencial se puede parar pero no se'puede modificar. La especificación de la operación de un proceso batch se hace mediante recetas, no así la de un secuencial. Un proceso secuencial es un problema lógico, cuya solución requiere de la aplicación de relaciones de lógica booleana. Un proceso batch requiere. de recetas para fabricar diferentes grados o productos y ésta, es su diferencia principal con respecto a un proceso secqencial.

Se dice que los procesos continuos que necesitan operación secuencial en el inicio y paro del proceso, realmente son procesos batch con grandes tiempos de operación, sin embargo, existen diferencias bien marcadas entre ellos. Un proceso batch libera sus productos por lotes, mientras que el continuo los libera en forma continua. Un proceso batch puede operar en forma flexible, produciendo lotes de varios tamaiios con productos de diversos

2.2

!.


I grados o tipos; el continuo produce un solo tipo y en grandes volúmenes. Un proceso batch es grandemente secuencial, uno continuo es secuencial al inicio y paro del proceso. El control de un proceso Batch se realiza checando frecuentemente las funciones y si se necesita se modifican esas funciones preestablecidas. El proceso termina cuando se obtiene un sistema controlado en el estado deseado o cuando se obtiene un producto terminado. El control de un proceso continuo se realiza controlando la referencia deseada. Típicamente un proceso continuo completa su producción en semanas, mientras que un batch la completa en horas.

2.2.3 Clasificación de los Procesos Batch 12.71.

Los procesos batch se clasifican por el número de productos hechos durante el proceso y por la estructura física del proceso.

a). Clasificación por el Niimero de Productos.

El número de productos es típicamente el número de químicas, substancias o artículos individuales identificables, que se producen. Por el número de productos, un proceso batch puede ser:

Unico procedimiento-Única fórmula. El proceso batch produce el mismo producto en cada lote (conocido como proceso batch de un solo producto). Se ejecutan las mismas operaciones en cada lote usando el mismo porcentaje de los diferentes flujos de materiales; y solamente el tamaio del lote puede cambiarse. Este tipo de proceso tiende a convertirse a proceso continuo.

Unico orocedimiento.mÚltioles fórmulas. El proceso batch produce productos que son similares pero diferentes solamente en las cantidades de las fórmulas (se les conoce como procesos batch multigrados). Las mismas operaciones son ejecutadas en cada lote, pero las cantidades del flujo de materiales y10 las condiciones de procesamiento (ejemplo, la temperatura) varían; el procedimiento permanece igual pero la fórmula cambia.

Múltioles orocedimientos-múltioles fórmulas. Los procesos batch producen productos utilizando diferentes métodos de producción o control (se les conoce como procesos batch multiproductos). Las operaciones ejecutadas, las cantidades del flujo de materiales y las condiciones de procesamiento pueden variar en cada uno de los lotes; los procedimientos y fórmulas cambian.

b). Clasificación nor Estructura Física.

l o s dos tipos básicos de estructuras batch son: serie (Única línea) y paralela (multilínea); sin embargo, muchos procesos batch combinan las dos estructuras para dar la estructura serielparalelo (multitrayectoria).

La estructura serie es un grupo de unidades (podría ser una sola unidad) batch a través de las cuales el lore pasa secuencialmente.

Con la estructura paralelo o la estructura serielparalelo varios lotes pueden experimentar la misma operación a la vez.

2.3

i

% C'

:


El proceso batch serielparalelo con múltiples procedimientos y múltiples fórmulas, requiere el más alto grado de sofisticación en equipo de control para lograr e l control batch.

2.3 AUTOMATIZACION DE PROCESOS BATCH.

Para solucionar un problema de automatización de procesos, el concepto CIM, SP88 de ISA y Howard P. Rosenof, proporcionan estructuras jerirquicas generales para dividir la planta en niveles funcionales.

No todas las aplicaciones requieren de todas las funciones de un modelo, solamente pueden requerir de una simple versión de esa función. Entonces el hardware y el software pueden ser seleccionados para proporcionar la funcionalidad necesitada para esa aplicación. Esto puede resultar que algunos niveles sean combinados, 10 cual significa que el modelo puede ser de un número menor de niveles que el número de niveles mostrados en estos modelos. El número de niveles del modelo difiere de una aplicación a otra.

2.3.1 Problemática de Control y Automatización de Procesos Batch (2.5. 2.81.

Desde el punto de vista tradicional se tienen dos tipos básicos de control de procesos: e l continuo y el secuencial. El control continuo opera en base a la aplicación de algoritmos algebraicos; mientras que el control secuencial aplica relaciones de lógica booleana.

Un proceso batch es un problema de control híbrido; presenta tanto problemas algebraicos como lógicos, es decir, está compuesto de operaciones secuenciales y por operaciones continuas. La operación secuencial se requiere en el inicio y paro del proceso, en la carga de materiales, en la habilitación y deshabilitación de los lazos de control regulatorio, en la transferencia del producto de una unidad a otra, etc. E l control continuo se aplica para regular las variables del proceso (temperatura, presión, etc.), en determinados períodos.

El control de procesos secuenciales y batch es diferente del control de procesos continuos. El requerimiento esencial para controlar un proceso continuo durante operación normal es la habilidad para mantener puntos de referencia a pesar de perturbaciones en la carga o en el proceso. Por otra parte, el control batch y el secuencial están basados en un conjunto predeterminado de funciones para llevar a cabo el proceso de producción. El proceso es checado frecuentemente y generalmente termina con un producto o con el sistema controlado en un estado deseado. Aunque contiene elementos tanto de producción continua como discreta, el procesamiento batch requiere más flexibilidad y frecuentes modificaciones.

E l control de un proceso batch típico requiere de operaciones secuenciales, as; como de la inicialización y el paro de las funciones de control continuo y de la manipulación de parámetros tales como puntos de referencia (set points) y límites. Las secuencias que controlan un proceso durante operaciones normales son llamadas lógica normal; aquellas que controlan el proceso durante contingencias son llamadas lógica de servicio, y la lógica de detención es utilizada para una lógica de servicio que detiene a l proceso.

2.4


La historia de los sistemas de control batch es tan vieja como la industria de procesos. l a aplicación del manejo de procesos automatizados y el control de procesos batch, es más revolucionario que evolucionario. El procesamiento batch es complejo, altamente especializado, y tecnológicamente muy demandante 12.91.

El control de procesos batch moderno requiere de la integración funcional de las funciones discretas y regulatorias con esquemas supervisorios para todas las unidades y áreas del proceso. El monitoreo es en tiempo real para prevenir y avisar de los problemas de calidad del producto y las perturbaciones del proceso 12.101.

2.3.2 Modelo CIM para la Automatización de un Proceso Batch 12.41.

La organización del control batch, comprende tres niveles jerárquicos, (figura 2.1):

a). Dirección del Proceso, b). Control de Supervisión, c). Control del Procesos,

donde cada nivel cumple con una función dependiendo del tipo de información que maneja, su respuesta al proceso y las características de resistencia al medio ambiente.

Para términos descriptivos, la robustez o resistencia del equipo al medio ambiente se medirá en por ciento; donde e l cien por ciento representará un equipo totalmente resistente al medio industrial (humedad, vibración, corrosión, etc).

CIM CONTROL BATCH

A

FIGURA 2.1: MüDELO JERARüUICO CIM DE UN SISTEMA BATCH

2.5

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I

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i


El nivel 1, es el Enlace con el Proceso, este nivel incluye los sensores que monitorean al proceso, los lazos que regulan el proceso, el interbloqueo que asegura las condiciones apropiadas de operación de los elementos y los drivers que coordinan los dispositivos multi-elementos. Los equipos que predominan son los PLCs, los controles digitales e interfases de operación en campo. En este nivel se realiza la adquisición y el control fisico del proceso. El tiempo de respuesta requerido es de microsegundos a milisegundos. El pracesador consume el 95 % de tiempo de operación en los algoritmos de control. La robustez del equipo al medio ambiente industrial seria del 95 96.

El nivel 2, comtempla el Control Supervisorio; dominan en este nivel las computadoras personales y minicomputadoras. De aqui se administran y controlan las operaciones del nivel 1, satisfaciendo las directrices de la gerencia de área. Existe la supervisión y control de la producción realizando despliegues de alarmas y almacenamiento de datos de la producción requeridas para el control estadístico de la calidad. El tiempo de respuevta al proceso es del orden de milisegundos a segundos. La unidad de procesamiento requiere de 80 % de su tiempo para manejo de informacih y solo 20 % para el control del proceso. El porcentaje de resistencia al medio ambiente es de 80 %.

El Nivel 3, es el niveI.de Dirección o Gestión del Proceso, el más alto, su función consiste en la administración y distribución de lo requisitos de la planta, se encarga de coordinar las directrices trazadas por la gerencia, facilitando los requisitos de las áreas de producción y operación. Evalúa el costo y planifica el procedimiento de la producción y lleva a cabo el control de inventarios y calidad; se comunica, administra y coordina varias zonas del proceso, y requiere un avanzado proceso de datos con gran capacidad de memoria. Para el desarrollo de estas actividades se requiere que el equipo se dedique el 100 % de su tiempo al procesamiento de la informaciÓn, y su evaluación se realiza en días o puede manejar información de meses a años. Debido a su ubicación, el equipo de cómputo no requiere ser resistente al medio industrial.

.- 2.3.3 Modulo SP88-ISA para la Automatización de un Proceso Batch 12.7. 2.111.

El comité SP88 (Standards and Practices 88 Committee) de ISA (Instrument Society of America], es un grupo especializado que está desarrollando trabajos aplicados al diseiio y especificación de sistemas de control batch. El comité SP88 generó un documento, todavía en proceso de revisión, que representa los trabajos que han sido hechos en ISA; en donde define una serie de modelos que pueden ser usados para describir los procesos batch y los requerimientos de control y equipo para dichos procesos.

ISA a través de su comité SP88, propone una estructura jerárquica de un modelo aplicado a un sistema de control batch; este modelo está compuesto por funciones que son subniveles de las funciones del modelo jerárquico de CIM. Las funciones del modelo de ISA quedarian enmarcados dentro de las funciones del modelo de CIM de la manera siguiente: el nivel 1, que es el control de procesos, Io conforman los subniveles de Elementos, lazos y Dispositivos, Módulos de Equipos y Unidad; el nivel 2, Supervisión de Control, constituido por Trenllínea, y Area; y el tercer nival, Dirección del Proceso, Io está por Planta y Corporación.

La figura 2.2 muestra el modelo jerárquico general de ISA, con 7 niveles, donde cada uno de esos niveles es identificado por un término que es indicativo de los sistemas batch. Este modelo es un modelo funcional, donde cada nivel define un nival de funcionalidad.

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Los trenes/líneas que constituyen el área deben operar de una manera armoniosa para producir el lote de productos deseados. Además, la planificación batch es el principal requerimiento de control en este nivel de planificacibn del proceso. La planificación batch incluye funciones tales como planeación dinámica batch; reportes de producción; gran almacenamiento de datos; selección, edición y descarga de recetas. Este es el nivel más alto en la planta, donde la respuesta en tiempo real podría ser un problema significativo.

Nivel 6, nivel de Planta. Las estrategias y las funciones de toda la planta (con varias líneas de producción), son dirigidas desde el nivel de planta. Este sexto nivel en la jerarquía batch es la planificación de la planta. La planeación de la producción, el control de inventarios, y los programas de la contabilidad de costos son incorporados en este nivel. Las computadoras en el nivel de planta aceptan la descarga de los requerimientos de producción desde los sistemas de información de la corporación y generan las facilidades para planes y requerimientos de producción.

Nivel 7, Corporación. Es la función más alta de esta jerarquización. Este nivel realiza la interfaz del sistema de control de la planta con los sistemas de información para la planeación de la corporación (MIS, por sus siglas en inglésl. La computadora del MIS maneja cosas como ordenar y manejar la contabilidad. También proporciona los datos para planificar la corporación realizando decisiones estratégicas que impactan el futuro de la compañia. Por Io tanto estos sistemas necesitan acceso a la información actual del proceso y a los datos administrativos de la planta.

2.4 FUNCIONES DE UN CONTROLADOR BATCH 12.5, 2.71.

Oesde el punto de vista de control, se necesita una estructura que defina de una mejor manera lo especifico del sistema de control. Un sistema de control que arranca con las funciones de interbloqueo de seguridad de la planta y termina hasta el nivel de planeación, se muestra en la figura 2.3.

I

FIGURA 2.3: NIVELES DE UN SISTEMA O€ CONTROL BATCH.

2.8


Este sistema de control propuesto por Howard P. Rosenof 12.51. consta de los siguientes niveles:

a). Nivel Ejecutivo. b). Nivel Secuencial. c). Nivel Regulatorio. d). Nivel Interbloqueo.

Desde e l punto de vista genérico, estas funciones son necesarias para automatizar la operaciin de la mayoría de los procesos batch. La importancia relativa de cada uno de ellas variará de acuerdo con la complejidad y con el tipo de proceso a ser controlado.

Para obtener una estructura que defina de mejor manera Io específico del sistema de control, se dividieron los cuatro niveles de la figura 2.3, en subniveles, obteniéndose una estructura de control (figura 2.4). que refleja los requerimientos de control en todos los niveles de la organización. La importancia relativa de cada uno-de ellos variará de acuerdo con la complejidad y con el tipo de proceso a ser controlado. Así mismo, la forma en que estas funciones se apliquen diferirá considerablemente dependiendo del equipo del sistema de control. El principal propósito de estos niveles funcionales, es proporcionar al usuario una estructura de la cual puedan decidir qué funciones son necesitadas para sus aplicaciones.

I

FIGURA 2.4: NIVELES FUNCIONALES OE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH. PROPUESTO POR SPBB DE ISA y POR HOWARO P. ROSENOF.

Este modelo es una estructura general con caracteristicas específicas del sistema de control, que surge de la combinación de los modelos propuestos por el comité SP88 de ISA y el modelo de Howard P. Rosenof. A continuación se describen cada uno de los niveles y subniveles funcionales del sistema de control.

2.9

WNOAMENTOS DE CONTROL BATCH CAPITULO 2

2.4.1 Nivel Ejecutivo. - Como actividad de control, esta función es la más alta y está compuesta de dos subactividades: I

I Automatización de la Planta y Plan da Produccidn.

I

Nivel 9 Automatización de la Planta.

Es el nivel de automatización de toda la Planta. Las cuestiones aquí resueltas son: . l o s sistemas de información para la planeación de la corporación realiza interfaz con el sistema de control

de la planta. . Planifica la corporación realizando decisiones estratégicas que impactan e l futuro de la compañia. Por 10

tanto estos sistemas necesitan acceso a la información actual del proceso y a los datos administrativos de la planta.

. La optimizacibn económica de las facilidades de producción. - Control de inventarias. - Programas de contabilidad de costos. . Administración de energía de toda la planta. . Establece el máximo número de lotes que debe manejar e l sistema de control a l mismo tiempo.

e g 1

Nivel 8: Plan de Producción.

Esta actividad de control, está compuesta de tres subactividades de control Planaación de la Producción, Manejo de Recetas y Manejo de la Historia Batch.

a). Planeación de la Producción. Este nivel representa una transición entre Io que es el propósito de un control de procesos en tiempo real y la función de procesamiento de datos de la gerencia de la planta. La aplicación de este nivel varia de los simple hasta los planes de sistemas elaborados que toman en cuenta, el tiempo de los pasos del proceso, la demanda del mercado, la capacidad de almacenamiento, los requerimientos de mantenimiento, etc.

La actividad de planeación de la producción proporciona un procedimiento o método para e l dimensionamiento y asignaciones de los lotes. El dimensionamiento de basa en: los requerimientos del cliente, la cantidad y calidad de los lotes, la lista y tipos de productos a realizar. Las asignaciones se realizan de acuerdo a: el orden de ejecución de los lotes, la numeración e indentación de lotes, y de los equipos disponibles.

b). Manejo de Recetas. Las funciones del manejo de recetas son: selección, edición, creación y transformación de recetas; iniciación y supervisión del proceso batch; administrador de los recursos batch, y adquisición y manejo de. información batch.

Mediante e l uso de recetas, los sistemas de control batch adquieren las cualidades de repetitividad, que asegura la consistencia de los productos terminados, y flexibilidad, que permite la producción de un mismo producto en diferentes grados. Una receta especifica un conjunto común de funciones lógico secuenciales

2-10

I

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i

para todos los grados de un producto y enlista aquellas variables (partidas de la receta) We difieren para cada grado del producto. Las recetas también pueden especificar cambios en el orden de ejecución de la lógica secuencia1 para diferentes grados del producto.

Las partidas de una receta pueden incluir variables de proceso (temperatura, presión, tiempo, etc.) y material O equipo de planta (materia prima, número de tanque, etc.). En un conjunto de recetas las partidas guardan el mismo orden, aunque en recetas complicadas, diferentes grados de productos pueden tener órdenes diferentes.

La receta es una combinación de procedimientos, fórmulas, encabezado, fases, pasos de control, instrucciones de control y selección de equipo, que definen los requerimientos de control de un producto en particular. Existen varios tipos de recetas que podrían usar un sistema de automatización batch. Ellas son: recetas básicas, maestras, de control y,de trabajo. Las recetas básicas existen en el nivel de la corporación en una organización multiplantas y son recetas genéricas; la receta maestra es a nivel planta y es una receta básica que ha sido hecha para una planta específica. La receta maestra, se convierte en receta de control y finalmente la de control en receta de trabajo, que es la que se descarga en el sistema ejecutor del control batch, que opera en tiempo real y hace el lote de productos. Los procesos batch operan de acuerdo a un establecimiento de variables que pueden ser cambiadas en cada lote; este establecimiento de variables es la receta. El arreglo de esas variables se llama “estructura de la receta”. Existen dos tipos generales de estructuras para una receta:

il. Las que requieren que la receta tenga un procedimiento fijo y donde Únicamente pueden variar las

ii). Las que permitan variar e l procedimiento, permitiendo cambiar las secuencias de acuerdo al producto. cantidades y los tipos de ingredientes.

c). Manejo de la Historia Batch. Esta actividad tiene las siguientes funciones principales: Recibe y almacena información de todo el sistema de control batch en lotes individuales con el nivel de detalle requerido; produce información de salida de lotes particulares, de todos los lotes o mÚltiples lotes; es una actividad que no se limita a la ejecución en tiempo actual de los lotes.

Necesidades de documentación batch: Aunque el registro de datos y las técnicas de reporte para los procesos batch son similares a aquellos para los sistema continuos, existen algunos métodos que son únicos para los sistemas de control batch. Estos son:

, i). ReDorte de Datos Actuales. Describe la operación de la planta para un tiempo dado, provee información para detectar los problemas de funcionamiento del equipo, para determinar el estado del lote en relación al plan, etc. Consiste de variables medidas, computadas e introducidas por el operador. Estos datos pueden ser accesados e impresos en demanda o periódicamente.

ii). Reporte Histórico. Proporciona un registro de datos, acumulados desde el arranque del procesamiento hasta que éste termina, que explican Io que sucedió en el lote. El registro histórico incluye variables medidas, computadas, e introducidas por el operador; entre estos valores están

2.11

i

I


10s datos de procesos continuos (flujo, presión, temperatura), datos de eventos (acciones del operador, alarmas), datos de calidad (análisis de laboratorio, datos de inspección), datos 'de recetas (set point, ... ), datos calculados [totales, material usado, datos contables), entradas manuales, identificación de etapas, lotes y partes y colección de datos por tiempo. LOS datos son registrados frecuentemente y en orden, y pueden ser retenidos por varios meses. Reaistro de alarmas. Este es un registro de condiciones anormales y cómo son resueltos. Reuortes Finales Batch; Proporciona un registro de lo que ocurrió durante el curso del procesamiento batch en un formato conciso y proporciona cómo el batch está hecho actualmente. Típicamente incluyen lo siguiente: copia de la receta que se usó para hacer el batch; datos de identificación. batch introducidos como parte de la secuencia de arranque del lote; datos específicos de la receta (encabezado, número de ordenlnúmero de lote); datos generados por la receta (valores analizados); resumen de datos batch [consumo de utilidades, equipos usados, temperaturas, etc.); apuntes del operador; registro de eventos (alarmas, instrucciones del operador seguidas o ignoradas, cambios de estado de los equipos, e indicaciones de fallas y problemas); datos de producción (identificación del producto terminado, datos de producción efectiva.

iii). iv).

2.42, Nivel Secuencial. 1 . ...

El Nivel Secuencial es la parte principal en el control de la mayoría de l o s procesos Batch. Este nivel comprende el Control Total Batch y Control Batch Básico.

El Nivel 7: Control Total Batch realiza la ejecución de las funciones de lógica secuencial, los comandos al sistema de control; ejecuta secuencias de control complejas, tales como una serie de acciones para llevar a cabo una función especifica. Coordina las secuencias simples. Las funciones de lógica secuencial especifican cómo y en qué secuencia deben llevarse a cabo las operaciones de la planta para obtener el producto deseado.

El Nivel 6 Control Batch Básico realiza las corridas y secuencias simples; secuencias no coordinadas, además de todas las secuencias requeridas para producir un lote. Ejecuta acciones de control como la de abrir o cerrar la'salida de un contacto, arranque o paro de un motor o bomba, etc. Un paso de una secuencia lógica puede incidir directamente en el proceso; por medio del manejador de EIS de campo, sin embargo esto es realizado normalmente por el control regulatorio y las funciones de int&bloqueo.

Bajo condiciones normales, el sistema de cantrol ejecutará las funciones de lógica secuencial especificadas para la operación normal, pero bajo condiciones anormales las funciones de lógica secuencial invocan a la lógica de servicio para responder a esas condiciones anormales de la planta o proceso. Si el problema no puede ser resuelto automáticamente y requiere intervención manual, entonces la lógica de servicio llevará a la unidad a estado seguro, definiéndose a este estado, como lógica de retención. La lógica de serwicio puede variar de un proceso a otro o de una fase a otra del mismo proceso. Aún en el más simple de los procesos, los requerimientos de lógica de servicio tienden a ser mucho más grandes que los requerimientos de lógica de operación normal.

La lógica secuencial es una función del tipo distribuida; porque se presenta en todos las funciones de Control de urocesos batch.

2.12

FUNOAMENTOS OE CONTROL BATCH CAPITULO 2

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I

2.4.3 Nivel Regulatorio.

€1 Nivel Regulatorio, considera tres divisiones: Control Analógiso Avanzado. Control Analógico Convencional y Control Manual.

En e l Nivel 5: Control Analhico Avanzado (también llamado Control Analógico Coordinado) los lazos operan juntos. Este nivel puede aumentar su potencialidad por medio de estrategias de control usando algún lenguaje de programación.

El Nivel 4: Control Analóaico Convencional, contiene funciones de control analógicas convencionales, tales como PID, RELACION, etc., operando como lazos simples comparativos.

Las funciones de control regulatorio deben ser habilitadas y deshabilitadas en ciertos instantes durante la producción de un lote. Los parámetros de las funciones regulatorias deben ser inspeccionados y ajustados cuando son habilitadas y también cuando están activas. Entre los parámetros que requieren inspección están los valores medidos de variables analógicas, puntos de referencia, limites de alarmas, constantes de control y el cierre y la apertura de cascadas en lazos de control.

Se requiere que las funciones de control regulatorio puedan notificar al sistema de control Batch de la violación de una alarma u otros límites para que puedan iniciarse las acciones necesarias de interbloqueo o secuenciamiento.

El Nivel 3: Control Manual, habilita al operador para controlar las salidas manualmente. Este es el nivel más bajo, en el cual la típica planta de proceso batch puede hacer el producto.

Los niveles 3, 4 y 5 de la figura 2.4, niveles de control analógico, son funcionalrnente diferentes, pero desde que son incorporados dentro del mismo hardware se consideran unidos.

2.4.4 Nivel Interbloqueo.

Los subniveles son: Sistema Computacional de Seguridad y Hardware del Sistema de Seguridad.

El p, es un nivel de seguridad en el cual se usan equipos complejos, tales como módulos de computación analógica, controladores lógicos programables, interbloqueos, y sistemas de cierre de emergencia. Estos sistemas de seguridad son casi iguales a los nivel 1; la diferencia es que en este nivel se aceptan algunas perdidas simples para ganar funcionalidad y además es a nivel software.

Las funciones de'interbloqueo se utilizan para asegurar el arranque, funcionamiento y paro de un proceso, y dependen generalmente de las características físicas y de los aspectos de seguridad de la planta y del equipo, más que del proceso de fabricación y del producto. Estas funciones protegen al personal, al equipo, y al medio ambiente y son aplicadas con lógica combinacional.

2.13

I

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FUNOAMENTOS DE CONTROL BATCH CAPITULO 2

El Nivel 1: Hardware del Sistema de Seauridad, consiste de dispositivos de seguridad alambrados, intorhlnniieo. etc. E l hardware funcional lo constituyen los relevadores electromecánicos, interruptores de válvulas .... ".".-_l--.. ~

de posición (limitadores), etc. Este nivel mantiene la seguridad de la planta. Las funciones de Interbloqueo especifican los estados de las salidas binarias y los estados esperados de

las entradas binarias en un tiempo determinado. También inhiben su chequeo por un tiempo especifico durante los cambios. Las acciones correctivas se definen en la m i m a función de interbloqueo o son direccionadas por las funciones del nivel secuencial. Para funciones de interbloqueo complicadas con muchos pasos y con retardos, las funciones de lógica secuencial son más simples de usar. Sin embargo, cuando se requieren acciones correctivas rápidas y10 seguras, se prefieren las funciones de interbloqueo debido a que están activas todo el tiempo y están más cerca del proceso.

2.5 EQUIPOS Y SISTEMAS EN LA AUTOMATIZACION DE PROCESOS BATCH 12.5. 2.121.

Los dispositivos más antiguos, para el secuenciamiento automático, son el switch de levas electromecánico; el dispositivo fácil de reprogramar, que sustituyó a una serie de levas. Las cintas oerforadas, mejoraron e incrementaron el número de pasos de secuenciamiento; donde las perforaciones reemplazaron los obturadores, especificando e l estado de los switches de salida. También apareció una tarieta de elástico, movida a una'velocidad constante a trawés de un lector Óptico, consistiendo de una fuente luminosa y un sensor.

El interruptor de levas electromecánico y los circuitos relevadores lógicos, abrieron el camino a los instrumentos modernos para el control de procesos batch: las computadoras digitales y los controtadores lógicos programables; los cuales son sistemas digitales basados en microprocesadores, con principios de operación muy parecidos, pero muy diferentes en cuanto a su robustez física, métodos de programación e interfase de operación.

2.5.1 Computadoras Digitales.

Los computadoras digitales se combinan con los lenguajes de control y proporcionan las siguientes características:

Ventaias: a). La estructura del lenguaje de programación es mucho más legible en aquellas aplicaciones donde la lógica

b). Es fácil de programar y mantener, y es más econ6mica para aplicaciones pequeñas. c). Proporciona más flexibilidad Bn su Programación. Se pueden utilizar varios lenguajes de programación en

el mismo sistema: uno para especificar las secuencias de control, otro para los cálculos y otro para la agrupación de datos e impresión de reportes.

d). El lenguaje de alto nivel, permite mejor modularidad de la estructurada de secuencias empleando tareas principales, subtareas y subrutinas comunes.

e). Proporcionan mejores interfases con el operador, en base a consolas, monitores y teclados. f). Tiene capacidad de almacenamiento de datos históricos para los reportes y las gráficas de tendencias.

batch es compleja.

2.14

- .

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I


Desventaias: a). La mayoria de los lenguajes de control de procesos no son equipados con buenos y fáciles instrumentos

b). No son .muy robustoz en medios industriales difíciles, ya que requieren de un medio ambiente .. acondicionado, libre de ruidos eléctricos y de vibraciones mecánicas.

de debugueo en tiempo real.

2.5.2 Controladores Batch Distribuidos.

Un controlador Batch Distribuido (DBC) es básicamente una computadora digital, diseiada especificamente para controlar pequeiios procesos batch o parte de un proceso grande. Debido a que es una computadora digital, las ventajas y desventajas de éstas son aplicables a los OBCs. Otras ventajas y desventajas particulares son las siguientes.

Ventaias: a). Puede interfacear o configurarse para controlar Arandes procesos con otros controladores, con

computadoras huésped, y con estaciones inteligentes d e operador, con impresoras y otros dispositivos. b). Base de datos propia para el control batch y el regulatorio. c). La seguridad del sistema se incrementa si se distribuye el control de un gran proceso sobre varios

d). Sistemas expandibles, según las necesidades. e). Generalmente es adecuado para la seguridad de enlace, para el control regulatorio y e l control secuencia1

controladores; y si falla un controlador, éste afectará solamente una parte del total del proceso.

en un Brea del proceso.

Oesventaias: al. No es capaz de optimizar e l proceso ni de sofisticadas comunicaciones con operadores ‘y gerentes de

b). Oemanda gran aplicación experta por parte de los usuarios. planta.

2.5.3 Controladores Lógicos Programablas.

Un controlador lógico programable (PLC) es un sistema de control de estado sólido, usado principalmente para controlar procesos donde predominen las operaciones secuenciales; también se utilizan para el control de operaciones lógicas y matemáticas y para el control regulatorio de variables analógicas.

Los controladores I6gicos programables (PLCs), en combinación con la lógica de escalera, presentan las siguientes ventajas y desventajas:

Ventaias: a). Esta combinación posee una alta velocidad de ejecución y una manera directa de programar el control

b). Los costos del hardware son bajos. lógico. Es una combinación apropiada para la aplicación de la lógica de interbloqueo.

2.15

I

!


c). Son altamente confiables, poseen vida Út i l larga, funciona a temperaturas ambientales entre O y 60 O C ,

d). La operación de los PLC's como la lógica de escalera, son conocidos por los técnicos e ingenieros

e). La mayoría de los PLC's son equipados con buenos instrumentos de debugueo para la lógica de escalera.

en humedades relativas de hasta 95 46 y soporta vibraciones mecánicas y ruido eléctrico.

eléctricos.

Desuentaias: a). La lógica de escalera es un lenguaje completamente no estructurado. Conforme va aumentando la

complejidad del control lógico, se incrementan muy rápidamente tanto la cantidad de tiempo para programar, como las fallas en la lógica de escalera.

b). Es un método pobre para realizar el control analógico y proporciona la mínima ingeniería e instrumento de debugueo para las aplicaciones de control continuo.

c). La lógica de escalera es de difícil lectura y comprensión cuando la complejidad de la 16gica se incrementa.

2.5.4 Sistemas de Control integrados.

Mediante el empleo de redes de comunicacibn pueden diseñarse sistemas de control que incorporen computadoras digitales, DBCs y controladores programables. Cada componente puede ser utilizado ventajosamente de acuerdo a sus características: Los PLCs generalmente se encargan del manejo de las sehales de campo, los interbloqueos de seguridad, el control regulatorio y el control secuencia1 complejo; los DBCs realizan las operaciones de secuenciamiento de bajo nivel para unidades individuales y en la computadora digital se tiene la interfase de operación, el manejo de recetas, y la coordinación de las diferentes unidades en el proceso,

En conclusión, para aplicaciones sencillas, que requieren poca intervención del operador, los controladores programables pueden ser utilizados ventajosamente, ya que resultan más sencillos de programar y algunas veces son más económicos. Sin embargo, para procesos grandes y complejos. y para aquellos que requieren del cambio de recetas o de la intervención frecuente del operador, las computadoras digitales, con o sin DBCs, ofrecen considerables ventajas sobre los controladores programables.

i

2.16

FUNDAMENTOS DE CONTROL BATCH CAPITULO 2 !

2.6 REFERENCIAS.

[2.1]

9 I,,

Kumar Gidwani K., Boyette Paul A,, Gamble B. J., "ENGINEERING CONTRACTOR'S PERSPECTIVE ON BATCH PLANT OF THE FUTURE", Paper #89-0428. Conference of ISA 1989.

Kompass, E. J., "BATCH CONTROL SYSTEMS 1990: PLCS VERSUS DCSs", Control Engineering. Volumen 37, Junio 1990.

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I

I [2.2] I I I I I

12.31

I

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12.51 Rosenof, Howard P. y Ghosh, Asish. "BATCH PROCESS AUTOMATION Theory and Practice", Nostrand Reinhold Comoanv. Edición 1987, Caps. 1-8 y 13.

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12.111 Massey L. Edward, McCarthy J.J., "BATCH PROCESS AUTOMATION FOR THE '90". Honeywell, Inc., Proceedings of the Sixteenth Annual Advanced Control Conference, Sponsored by The Purdue laboratory for Applied Industrial control, Purdue Universitv and Control Enaineerino. Septiembre 24-26, 1990.

12.121 Appleby, david W. Jr; 'Thomas, Clyde O.; Shaffer, Jeremy; "COST-EFFECTIVE CONTROL FOR SMALL BATCH OPERATIONS", Instrumentation & Control, Noviembre 1989.

1 12.61

i2.71 1 I

"t. í2.81

12.91 c

t

1 i i I

I I

2.17

CAPITULO 3

P I

3.1 INTROOUCCION.

La realización de un proyecto de control requiere de una ordenada estrategia de diseño para asegurar la mejor oportunidad de éxito. La estrategia abarca desde el establecimiento de las razones para el proyecto de control y las expectativas de funcionamiento, hasta la verificación del funcionamiento.

La estrategia para el desarrollo del proyecto del sistema de automatización por controlador Batch, se realizó en cinco partes principales:

1 ). 2). 3). 4). Integración del diseño; y 5).

Establecimiento de los objetivos funcionales; Especificación j~ configuración funcional del sistema de control; Diseiio del sistema programático de control;

Ejecución, prueba y verificación del sistema de control.

El establecimiento de los objetivos es el más importante paso en la automatización del proceso. Los objetivos guían a la realización, integración y ejecución del sistema de control con altas probabilidades de éxito.

El diseño del sistema de control se inició una vez que los objetivos del proyecto fueron establecidos. El diseño del SCB, se divide en dos partes: la especificación funcional y el diseno programático del sistema. En el diseño funcional se describe en detalle: la arquitectura o configuración física en que se basa el sistema, la estructura funcional que permite comprender las necesidades e interpretar los objetivos que se establecieron para el proyecto; la interfaz hombre-máquina, la interfaz a campo y las herramientas de programación. El diseño programático (capítulo 4) describe la filosofía del SCB y los subsistemas que lo componen: supervisión y control; detallando para cada uno de éstos, sus diagramas de flujo y los diagramas jerárquicos.

La penúltima fase del proyecto es la descripción de los pasos a efectuar para integrar el Sistema de Control Batch (SCB). Esta fase nos muestra el arreglo experimental que se realizó para obtener e l prototipo mínimo del SCB.

La última fase consiste en revisar el funcionamiento del sistema, desde los objetivos funcionales hasta su establecimiento. Esta fase se detalla en el capítulo 6, donde se describen las pruebas de verificación y validación del sistema.

3.1

i

SISTEMA DE CONTROL BATCH i CAPITULO 3

3.2 OBJETIVOS FUNCIONALES.

El objetivo general del diseño y desarrollo del sistema de control Batch es establecer y realizar secuencias de control, evaluar los algoritmos de control, mantener las variables criticas en su punto de ajuste, calcular parámetros, actualizar las señales de control, monitorear las variables y coordinar los procesos de producción, para el control de la Planta Desmineralizadora de una Central Termoeléctrica.

Para lograr los objetivos de desarrollo de una tecnología propia en el ramo de control de procesos, específicamente en la automatización de la planta desmineralizadora, es necesario que el sistema de control batch, sea capaz de:.

a). Automatizar e l proceso de,producciÓn, de ta l manera que el operador únicamente dé el inicio del proceso

b). Ejecutar las secuencias y operaciones de un proceso, en forma automática y semiautomática. c). Almacenar recetas y procedimientos de fabricación. d). Ejecutar control lógico-secuencia1 y el control regulatorio. e). Comandar y actuar en dispositivos o elementos de control. f). Efectuar adquisición en tiempo'real de datos binarios y analógicos. g). Efectuar control supervisorio, facilidad para programar y llevar a cabo programas de trabajo, arranque y

paro 'de la planta. hi. Presentar e l proceso en tiempo real y la información operacional al operador, de tal forma que se realicen

despliegues continuos de los parámetros principales (estado de las señales) y un seguimiento específico y controlado de las operaciones lógicosecuenciales.

de producción y el sistema de control pueda operar y coordinar los procesos.

i). Ejecución de comandos por parte del operador. 1). Capacidad de recuperación en modo automático en fallas no críticas. k). Oue el sistema programático sea confiable, amigable al usuario y capaz de aceptar cambios.

3.3 'CONFIGURACIÓN FíSICA.

La configuración física del Sistema de Control Batch (SCB), representa la arquitectura del hardware en que estará basado este sistema. La configuración física del SCB, se basó en el sistema de Control Autosoportado (CAT), que es una plataforma para el desarrollo de ingenieria de control, integrada en el departamento de Automatización de Procesos del HE.

I

I

3.3.1 Controlador Autosoportado [CAT): Sistema de Control de Iluinta Generación.

I

í

1 I

El CAT es un sistema configurado bajo la topología del BUS de Campo (con características de superioridad en prestaciones de comunicación y versatilidad de expansión), con un sistema de comunicación basado en la norma EIA RS-485. 1

I I

3-2

I

SISTEMA O€ CONTROL BATCH CAPITULO 3

La arquitectura de la quinta generación se caracteriza por e l uso de un bus de campo IFieldBUS)' . sistema propuesto por el Comité Nacional Alemán de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional); al cual se pueden conectar toda clase de dispositivos para adquisición de datos y control. Esta arquitectura se le conoce con el nombre de sistemas da control en red. Contiene características de los sistemas de control de la segunda y cuarta generación, esto es, integra lazos simples de control con la funcionalidad del procesamiento distribuido.

El por qué se utilizó el CAT y las ventajas que proporciona esta arquitectura no disponible anteriormente para el usuario, se enlistan a continuación:

a). Equipo no dependiente de un solo fabricante ante la normalización internacional del bus de campo. b). Disminución del costo total de los sistemas y compatibilidad en componentes. c). Expansión y reemplazo económico del sistema. d). Adecuada selección de componentes para una aplicación particular. e). Alta confiabilidad del sistema. f) . Costo reducido de instalación. g). Mejoramiento del desempeho del sistema can elementos procesando en paralelo. h). Campatibilidad en la comunicación. i). Mejor control de procesos batch, es decir, una mejor combinación entre control analógico y control

3 1:- ,

I i

I secuencia1 para e l control de procesos.

I

De esta manera el CAT queda definido bajo una topología de control de quinta generación. La figura 3.1 I ,

muestra e l sistema de control autosoportado, en su configuración mínima, con topología de BUS.

FIGURb 3.1: SISTEMA DE CONTROL AUTOSOPORTAOO ICATI CON TOPOLOGIA DE BUS.

i

' Sistema sstbndsr de cmuNcación para s i s t m s de control basados an red local, de bajo costo; con capacidad de intarcorsclar desde elementos besicos como sonsorea y actuadores haste coniroladores inteligentes. El término Bus de Campo, se debe a lo cenuín que es llamei a los instrumentos Maicos, e h n t o s de cmpo.

3-3

F d

I

SISTEMA DE CONTROL BATCH CAPITULO 3

Características Generales del CAT.

Debido a que el Sistema de Control Batch (SCB), se basa en el sistema del Controlador Autosoportado (CAT), el SCB hereda las características del CAT, las cuales se enlistan a continuación í3.11:

SUPERVISION La operación del proceso podrá ser seguida desde una estación de monitoreo y supervisión basada en una computadora personal. AUTOSOPORTE: El sistema de control será capaz de funcionar a pesar de desconexión o falla de la estación de supervisión. AUTODESARROLLO: El desarrollo de "software" del sistema no requerirá de equipo adicional, por lo tanto disminuirán los costos de produccción. ARíiUITECTURA ABIERTA:EI sistema de control es un sistema abierto tanto en "hardware" como en "software", lo que permitirá una mejor estructuración del sistema en su uso, aplicación, mantenimiento y actualización. MODULAR Gran capacidad de expansión por su arquitectura modular basada en topología de bus. CONFIGURABLE El sistema tiene la opción para configurar el módulo de EIS, el sistema de control y los esquemas de control adecuados para el control de procesos. EíiUIPO DE PROGRAMACION: La programación del sistema de control [supervisor-controlador), se realiza en cada, una de las estaciones, sin necesidad de equipo adicional. VELOCIOAD Y DISTANCIA DE TRAMSMISION Alta velocidad de tansmisión a grandes distancias en par trenzado sin repetidores y de alta inmunidad al ruido, basado en la norma EIA AS-485.

3.3.'2 Configuración del Sistema de Control Batch.

Con base en los componentes del CAT, la configuración física del Sistema de Control Batch consta de 3 estaciones, (figura 3.2):

a). Estación de Supervisión. b). Estación de Operador. c). Estación de Control.

I ,

E s r A i C I O " D E C O N T R O L C O N T R O L

r"l P R O C E S O

FIGURA 3 . 2 ESTACIONES DE OPEAACION M L SCB.

3.4


b La arquitectura del sistema de control Batch (SCE), se muestra en la figura 3.3; integrará y combinara computadoras personales y el sistema ~MAC.6000 (controlador universal); además considera, opcionalmente, un

. tablero mimico.

-

FIGURA 3.3: CONFIGURACION FISICA DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCBI.

3.3.3 Estación de Supervisión.

La estación de Supervisión I3.2). está compuesta por una PC del tipo AT con su teclado alfanumérico y la tarjeta OS-301, que soporta el protocolo da comunicaciones.

La PC de esta estación tendrá dos importantes funciones: el manejo de recetas y la de monitoreo y supervisión de la operación del proceso.

El ingeniero de la estación supervisora, por medio del teclado alfanumérico, configurará la estación de trabajo y los elementos del sistema de control. Creará recetas para el control del proceso batch y las almacenará.

La estación de supervisión tendri interfaz con el sistema de control, a través del protocolo de comunicaciones serie, establecida por el subsistema de comunicaciones (tarjeta DS.3011 a través del serial RS-485; de tal forma que la tarea de descarga y trasferencia de datos de receta a la estación de control se realizará por este medio.

SISTEMA OE CONTROL BATCH CAPITULO 3

3.3.4 Estación del Operador.

La estación del Operador [3.2] estará funcionando con una PC del tipo AT, teclado alfanumérico y un tablaro~rnimico opcional. La estación tendrá la función de establecer comunicación con la estación de control y descargar bl software de aplicación del Sistema de Control Batch, a través del serial RS.232, hacia el controlador pMAC-6000 (estación de control). Además, su función será la de servir como interfaz para que el operador controle semiautomáticamente al proceso y como monitor del controlador programable.

El tablero mimico, es una representación sintetizada del proceso, de tal forma que muestra las fases más importantes de éste. El mimico es la interfase en la cual el operador puede reaccionar al proceso. Este tablero mímico no está considerado en el alcance de la tesis; pero se diseñó (con el paquete Autocad) un tablero mimico para la Planta Desmineralizadora de la Central Termoeléctrica de Tula, Hidalgo.

b

< 3.3.5 Estación de Control.

La estación de Control 13.21. estará basada en el controlador universal pMAC.6000 r3.31; éste es un sistema modular inteligente diseñado para la medición y control de los procesos industriales.

El sistema pMAC-6000, será el encargado de la adquisición de datos, función que realizará a través de su módulo de entradaslsalidas, donde las señales de campo serán alimentadas directamente a l controlador universal pMAC-6000, por medio de este módulo. También se realizarán y ejecutarán en esta estación las acciones de control: control Iógicosecuencial, control regulatorio y las funciones de interbloqueo.

El sistema pMAC-6000, estará conformado por dos gabinetes. En el primero se aloja el módulo del CPU y un trasplano analógico con capacidad para contener hasta 24 señales analógicas acondicionadas en una configuración modular de entrada o salida según se requiera. El segundo gabinete contiene el trasplano OMB-32, para manejo de senales digitales mediante módulos de relevador. El trasplano tiene la capacidad de alojar hasta ocho módulos de este tipo con cuatro señales cada uno, que pueden ser de entrada o de salida (por grupo de cuatro), según la necesidad. Las señales digitales también pueden utilizarse de manera directa, sin usar los relevadores, con nivel de voltaje compatible con TTL (5 volts cd).

3

3-6


3.4 ESPEClFlCAClON FUNCIONAL. Y

La especificación funcional describe y presenta gráficamente la información necesaria y suficiente para la realización del sistema de control Batch. Se incluye la configuración lógica del sistema, la interfaz hombremáquina, la interfaz a campo y las herramientas de programación.

3.4.1 Niveles Funcionalos.

La configuración lógica representa la estructura funcional en la que estará basado el sistema de control batch (SCB).

Los trabajos que ha estado desarrollando ISA (Instrument Society of America) a través de su comité SP88 (Standards and Practices 88 Committee), se han dedicado al estudio y desarrollo del estado del arte de los sistemas de control batch.

P

Debido a la importancia mundial de esta sociedad y por sus resultados generados y publicados en artículos y estándares, se eligió esta nona, como base para diseiiar la estructura funcional del Sistema de Control Batch (SCB). A partir de los modelos propuestos por el comité SP88 de ISA en combinación con el modelo funcional propuesto por Howard P. Rosenof, se obtuvo la estructura funcional de un sistema de control batch -descrito en la sección 2.4. Esta estructura funcional se muestra nuevamente en la figura 3.4

? I ~

I FIGURA 3.4 NIVELES FUNCIONALES DE UN SISTEMA OE CONTROL BATCH, PROPUESTO POR SPBB O€ ISA Y HOWARD P. ROSENOF.

3-7


De este modelo general, se concibió el Modelo de Diseño Funcional en el que estará basado el Sistema de Control Batch (SCB). La figura 3.5, esquematiza el modelo del SCB. Este modelo de cinco niveles refleja los requerimientos de control y representa de mejor manera, Io especifico del sistema de control.

.\ 1,

Los niveles son:

a). Plan de Producción. b). Lógica Secuencial. c). Control Regulatorio. d). Control Manual. e). Sistema de Interbloqueo.

B Básicamente, estos cinco niveles funcionales, son los que el diseno demanda al sistema de control para ser

capaz de automatizar un proceso batch.

I

FIGURA 3 .6 MOOELO OE OISEÑO OEL SISTEMA DE CONTROL BATCH ISCB).

Las relaciones existentes y el flujo de información entre las funciones del Modelo de Diseiio, se muestran en la Estructura Funcional del SCB 13.41, en la figura 3.6; en la que destacan las siguientes funciones:

a). Manejo Batch, b). Lógica Secuencial, c). Control Regulatorio, dl. fnterbioqueo, e). lnterfaz con Usuario(s), f). lnterfaz a Campo.

3.8


~ En la estructura funcional del SCB, se emplea el término Manejo Batch en sustitución de Plan de Producción del modelo de diseno, debido a que en el SCB solamente se utilizará Manejo de Receta Batch. La subactividad Planeación de Producción no se incluye, ya que es una actividad con más caracterlsticas administrativas: así como tampoco se incluye la actividad de Manejo de la Historia Batch. La actividad de Control Manual, es sustituida por lnterfaz con Usuario(s1, manteniendo sus mismas funciones. La Única actividad que so anexa en la estructura funcional en relación al modelo funcional es lnterfaz a Campo.

9

a

FIGURA 3.6 NNCIONES DE UN SISTEMA DE CONTROL BATCH.

3.4.2 Manejo Batch.

Como actividad de control, esta función es la más alta y está compuesta de la subactividad Manejo de

Maneio de Recetas.

Las funciones que ejercerá esta actividad serán: Selección, edici611, creación y transformaci6n de recetas:

Recetas Batch.

iniciación y supervisión del proceso batch, adquisición y manejo de información batch.

La función de manejo de recetas se realizará en la estación de supervisión del proceso, de donde los datos de la receta elegida, se transferirán al controlador programable que ejecutará la aplicación.

CAPITULO 3 SISTEMA DE CDNTAOL BATCH

En el SCB, las estructuras de las receta serán tanto de procedimiento fijo como de procedimiento flexible'. Respecto a la estructura de control de las recetas del SCB, éstas estarán conformadas por la siguiente estrategia (figura 3.7):

?

a). Recetas*. b). Fórmula del Producto. c). Procedimiento General. d). Fases. el. Subprocedimientos. f). Subfases. g). Pasos de Control. h). Instrucciones de Control.

P

_ _ _ _ ~

FIGURA 3.7 ESTAUCNRA DE CONTROL DE LAS RECETAS.

,La función de manejo de recetas, proporcionará flexibilidad en la creación y formulación de las recetas, en el establecimiento de procedimientos y secuencias, en los cambios posteriores de la receta, así como en la configuración total del sistema.

üminici6n d~ conceptos. en SI apenmce A.

3.10

SISTEMA DE CONTROL BATCH CAPINLO 3

* 3.4.3 Lógica Secuencial.

La ejecución de las funciones de lógica secuencia1 es la parte principal del SCB. La lógica secuencial es una función distribuida, porque se presenta en todos las funciones de Control de los Procesos Batch. Las funciones de lógica secuencial se establecerán en el controlador programable del tipo industrial bMAC-6000). en interface directa con la función de análisis y manejo de EIS digitales y analógicas, a través de las funciones de interbloqueo y control regulatorio (habilitando y deshabilitando lazos de control) para manipular el proceso. Tambibn tendrán interface con las funciones de manejo de recetas y las funciones de interfase del operador.

Se monitorearán el estado y las secuencias del proceso, así como de manera individual cada una de las fases y subfases.

En estado semiautomático, el sistema de control Batch no ejecutará alguna función lógica secuencial, mientras el operador no la habilite; de tal manera que el SCB solamente podrá analizar el estado de las entradas y salidas ? -- para propósitos de despliegue.

En el estado automático, e l sistema de control Batch controlará el proceso ejecutando las funciones lógicas secuenciales predefinidas. Bajo condiciones normales, el sistema de control ejecutará las funciones lógicas secuenciales especificadas para la operación normal, pero bajo condiciones anormales, la lógica de servicio debidamente predefinida se ejecutará. Si el problema no se puede resolver automáticamente y requiere una intervención manual, entonces la lógica de servicio conducirá a la unidad a un estado seguro, definido como detención, donde la intervención del operador será necesaria para recuperar e l estado normal o manipular al proceso manualmente. La transición del estado manual a automático necesitará de la intervención del operador.

La lógica de servicio consistirá de una colección de pasos de lógica secuencial. donde cada una de las series toma en cuenta una o más condiciones similares de falla.

3.4.4 Control Regulatorio.

Las funciones de control regulatorio serán habilitadas y deshabilitadas en ciertos instantes durante la producción de un lote, por medio de la lógica secuencial. Oe acuerdo a la respuesta de los lazos de control, los parámetros de las funciones regulatorias serán inspeccionados y ajustados por el operador cuando se requiera y los cambios y ajustes se harán en línea. Los parámetros pueden ser: puntos de referencia, limites de alarmas, constantes de control y los parámetros de los controladores. E l control regulatorio tendrá relación con la lógica secuencial y la interfaz hombre-máquina.

En caso de la violación de algún limite, el control regulatorio notificará al sistema de control Batch, para que se inicien las acciones necesarias de interbloqueo o secuenciamiento.

Se manejarán los algoritmos matemáticos de los cuatro tipos de controladores industriales convencionales IP, PI, PD, PID). Todas las funciones de control regulatorio serán manejadas por los comandos de la función de lógica secuencial.

3-1 1

SISTEMA DE CONTROL RATCH CRPITULO 3

3.4.5 Intarbloqueo.

Las funciones de interbloqueo proporcionan seguridad en el arranque, funcionamiento y paro de un proceso. Las funciones de interbloqueo se establecerán en el controlador programable pMAC-6000, a travPls del lenguaje de lógica secuencia1:Estarán activas todo el tiempo, siempre cerca del proceso, cada vez que se ejecute un comando de control;ya sea de seiial analógica o binaria; por Io que proporcionarán acciones correctivas muy rápidas y10 seguras.

3 f

Las acciones correctivas se definen en la misma función de interbloqueo o en caso de ser más complicadas con muchos pasos y con retardos, serán direccionadas por las funciones de lógica secuencial debido a que es más simple de usar en esos casos.

Las funciones de interbloqueo podrán comunicarse con otras funciones de control tales como la función de análisis y manejo de seiiales de EIS digitales, el control regulatorio y las funciones de lógica secuencial para

a proporcionar un control integrado.

3.4.6 lnterfaz con usuarios.

La interfaz del sistema de control Batch con el personal de operación de'la planta, proporcionará información adecuada acerca del desempeiio del proceso, permitiendo el cambio de estrategias y parámetros de éste.

La interfaz con usuarios se establecerá en la estación del supervisor, el cual proporcionará despliegues, que informarán de las condiciones del proceso y especificará el estado de los dispositivos. En el despliegue visual del proceso, se monitorearán el modo de operación del.SCB, la fase, subfase, los pasos y la receta actual que se está procesando; además monitoreará los valores de las variables y parámetros de los controladores de regulación habilitados.

.a

El teclado tanto de la estación de supervisión como la del operador, se dispondrán como sistemas terminales que enlazarán a ingenieros de proceso y operadores, para desarrollar recetas, realizar cambios, suprimir errores y ejecutar el control semiautomático. El teclado de las estaciones será el medio que proporcionará la interfaz del operador con el proceso.

En estado semiautomático, el sistema de control Batch no ejecutará alguna función lógica secuencial, mientras el operador no la habilite; de tal manera que el SCB solamente podrá analizar el estado de las entradas y salidas para propósitos de despliegue y permitirá la manipulación de los comandos para controlar el proceso, solamente si el operador del proceso habilita la ejecución de éstos. En modo semiautomático, Únicamente se podrá habilitar la ejecución de una sola subfase del proceso, teniendo el operador la responsabilidad de arrancar y parar la operación efectuada cuando é l Io considere necesario.

3-12


3.4.7 Interim a Campo.

Esta actividad manejará señales de campo tanto de entrada y salida binaria, como a las de entrada y salida analógica. Las señales de campo serán alimentadas del proceso al controlador programable por medio de los módulos de EntradaslSalidas del sistema digital del controlador universal pMAC-6000.

El SCB contará con la función que leerá y manejará el estado actual de las entradas binarias y el estado de las salidas, el estado deseado (establecidos por la lógica secuencia1 del SCB o por el operador del proceso]; se compararán estos valores, generándose alguna acción en caso de discrepancia, acciones como las llamadas a lógica de servicioldetención. Las acciones a tomar dependen del proceso y de la criticidad de la discrepancia al tiempo de la ocurrencia. La función de análisis y manejo de señales también manejará las salidas binarias cuando sean especificadas por la función de interbloqueo o por la de lógica secuencial. Además, e l SCB contendrá también, las funciones para el manejo de las entradas y salidas analógicas, los estados de las variables analógicas (dentro o fuera de limite) y banderas usadas internamente en el sistema del SCB para permisivos. Estas funciones se denominan funciones de adquisición y envio de señales del SCB.

a

Los datos que contienen los estados del proceso, son predefinidos por receta y almacenados en arreglos en un orden también predefinido. Las instrucciones para manipular las seiales de salida pueden ser generadas por funciones de interbloqueo o por funciones de lógica de excepción (servicio o detención).

En resumen, la configuración lógica del SCB comprende seis funciones principales. El Manejo Batch, será realizado en la estación de supervisión. La lnterfaz con Usuario(si, se ejecutará tanto en la estación supervisora como en la estación del operador. La Lógica Secuencial. el Control Regulatorio, el lnterbloqueo y la lnterfaz a Campo se realizarán en la estación de Control.

3.13


3.5 ESPEClFlCAClON DE REQUERIMIENTOS.

3.5.1 Sistema de Control.

9 I

El Sistema de Control Batch (SCB), desde el punto de vista de software se basa en un sistema programático codificado en base a un Lenguaje Orientado a Control. Lenguaje orientado a control es un término usado para la indicación de que el lenguaje de programación, aplica adquisición de datos, algoritmos de control y rutinas de supervisión, manejados como una clase de aplicación de control de procesos.

En un sistema programático, el cambio de codificación en las rutinas para cada aplicación a realizar, es altamente indeseable, debido a que cada cambio requiere de compilación y obtención del programa ejecutable, lo cual conlleva a revisiones, búsquedas y eliminación de los errores de programación generados; y esto representa altos costos de mantenimiento y operación del sistema. Para eliminar estas desventajas, e l Sistema de Control Batch adoptara la técnica denominada: "Software manejado por Tablas" I3.51. D

"Software Manejado por Tablas", permitirá introducir información específica para una aplicación dada, en archivos de datos asociados en forma tabular. En esta técnica las tablas de datos serán el centro del sistema; la ejecución actual del software será determinada por la información almacenada en las tablas de datos (receta]. Estas tablas o archivos de datos almacenarán información para el control del proceso.

La estructura y formatos de las tablas (archivos) de receta, sa describen a detalle en el reporte final del diseño del SCB i3.21; así como también se detallan las especificaciones de la interfaz hombremáquina y la interfaz a campo.

? Con respecto a la estación de control, el software que allí residirá será el intérprete del sistema programático del SCB, el cual contará con software básico y de aplicación, con un administrador del módulo de entradaslsalidas y supervisor de los límites convenidos en la configuración del sistema para no ser sobrepasados.

El software básico tendrá las siguientes funciones:

a). Control de las tareas de todos los módulos. b). Preparación, ajuste y control de la hora actual. c). Reacción correspondiente a todas las entradas de datos por interrupción, servicio de interrupciones de

di. Transferencia de conjunto de datos (cadenas, reales y enteros], a las memorias tanto del controlador

e). Administración de los datos provenientes del supervisor y de las áreas de memoria. f). Configuración del módulo de EIS 16gicas y analógicas del controlador bMAC-6000). g). Aplicación de los comandos propios del sistema controlador pmac.6000.

hardware. (interrupciones de comunicación, teclado o de control).

como del supervisor.

3.14

SISTEMA OE CONTROL BATCH CAPITULO 3 P

El sof ware de aplicación, utilizará las funciones del software básico. Las tareas da1 software de aplicaci6n son les siguientes:

a). Adquisición y Envio de datos al proceso. Para este ciclo de adquisición y envio de señales lanalógicas binarias), el período de muestre0 es de 0.5 segundos (interrupción por tiempo).

b). Acondicionamiento de los datos del proceso. c). Funciones matemáticas elementales, (funciones aritméticas y funciones lógicas). d). Interpretación de los datos adquiridos tanto de los datos de receta provenientes del supervisor como del

e). Impresiones auxiliares para el seguimiento de los pasos de transferencia y10 pasos oparacionales para

f). Entrega de información al supervisor. 9). Procesamiento de algoritmos de control regulatorio.

r . . l

módulo de entradalsalida.

pruebas del software.

Por otra parte, los componentes del paquete de software AZTEC C3 de la estación de control 13.61 consiste de Io siguiente:

Un solo ROM que contiene una serie de programas (llamado kernell), que implementa las funciones del sistema pMAC-6000. El kernell del sistema pMAC-6000, proporciona al sistema servicios y funciones que incluyen:

- Pruebas de arranque. - Secuenciador en tiempo real. . Manejadores de comunicación (habilita el protocolo de comunicaciones de transferencia de archivos kermit

-actuando como receptor el sistema pMAC.6000). . Servicio de interrupciones de hardware. . Manejadores de EIS.

Las rutinas del protocolo de comunicación tanto de la estación supervisora como de la estación del operador con la estación de control, están desarrolladas en lenguaje C. El supervisor se codificará en lenguaje C de Microsoft y las rutinas del controlador de la estación de control, en Aztec C86.

Es M estándar del lsnguaie C, propio da1 micropromahi del controlador universal pMAC.üUO0.

3.15

CAPITULO 3 SISTEMA DE CONTROL BATCH

3.6 REFERENCIAS.

13.11

13.21

13.31

13.41

I3.51

13.61

Garduño R., Raúl, "DiSEflO E INTEGRACION DE UN CONTROLADOR AUTOSOPORTADO. Objetivos, producto, descripción y alcance", Documento Interno, HE, Departamento de Simulación, Junio de 1989.

Mundo M., José A,, "DISEflO Y CONFIGURACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB), hardware y software". Reoorte Final, IIE, Departamento de Automatización de Procesos; Diciembre de 1993.

Analog Devices Inc, "/~MAC-6000 OPERATOR'S MANUAL"; 1988, 1989.

Garduño R., Raúl, Mundo Molina, J. Alfredo, "ESTRUCTURA DE UN CONTROLADOR BATCH", X Coloquio Nacional de Control Automático, México D.F., Noviembre 1991.

Mellichamp, Duncan A., REAL-TIME COMPUTING With Applications to Data Acquisition and Control; Van Nostrand Reinhold Company Inc.; 1983.

Analog Devices inc, "pMAC-6000 C PROGRAMMING MANUAL"; 1988, 1989.

3.16

?I 1

CAPITULO 4

4.1 FlLOSOFlA DE DISENO: SOFTWARE MANEJADO POR TABLAS.

El Sistema de Control Batch (SCB). es un sistema integrado para la automatización de procesos batch. Se basa en una filosofía, que une al control Iógicosecuencial y e l control regulatorio, bajo un sistema supervisorio. integrados en el m i m o software y hardware.

La filosofía del sistema programático se basa en la técnica de "Software Manejado por Tablas". Esta técnica permite introducir informaci6n específica para una aplicación dada, en archivos de datos asociados en forma tabular. Esta tablas o archivos de datos almacenaran información respecto a cómo se va a controlar el proceso; de tal manera que la ejecución del software será determinada por la información almacenada en las tablas de datos. La información almacenada en las tablas o archivos de datos representarán a los datos de una receta. En esta técnica, la tabla de datos es e l centro del sistema y de ella depende la manera de ejecutarse cada uno de los componentes de la figura 4.1:

Y

P 9

FIGURA 4.1: DIAGRAMA GENERAL OEL FLUJO DE INFORMACION DEL SOFTWARE MANEJADO POR TABLAS.

4.1

OISEÑO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

Las partes principales. de esta técnica se dividirán en:

a). El programa manejador de recetas y supervisor. b). Las rutinas de comunicación. c). El programa ejecutado por tablas.

El programa manejador de recetas y supervisor, se encarga de crear y almacenar los datos en las tablas de datos y parámetros, mediante la interfaz para configuración, para luego bajarlos y descargarlos en el programa ejecutado por tablas.

Y

Las rutinas de comunicación, enlazan al manejador de recetas y supervisor con el programa manejado por tablas, facilitando la transferencia de información entre ambos. Además, permiten el acceso del operador a las tablas de datos.

';. El programa ejecutado por tablas, es un intérprete, es decir, ejecuta las acciones de control especificadas

por los datos almacenados en las tablas preconfiguradas. Los datos y parámetros almacenados en las tablas,'son los datos que representan y constituyen una receta.

4.2 CONFIGURACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH.

El sistema programático del SCB, estará escrito en forma modular, flexible, versátil, de propósito general, fácil de configurar y se podrá usar sin la necesidad de ser un especialista en computación.

FIGURA 4.2 INTEGAACION Y FLUJO DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH

4.2

OISENO OEL SISTEMA PROGAAMATICO RATCH CAPITULO 4

La figura 4.2, muestra los componentes principales y la integración del Sistema de Control Batch (SCB), como ’ se observa en la figura, el sistema programático del SCB, estará formado de dos componentes importantes:

. Programas de aplicación del sistema supervisor, para controlar las comunicaciones con e l controlador universal ípMAC-6000), para manejo de recetas, configurar el sistema y realizar el monitoreo del sistema de control.

. Programa de aplicación del sistema de control, que será ejecutado por el controlador universal UMAC-6000). el cual tendrá la función de realizar la adquisición de datos del proceso, controlar la ejecución de las interrupciones, sjecutar el control batch y el enwio de las seiiales de control al proceso.

Estos programas de aplicación que constituyen al SCB, se ejecutarán en el susbsistema Supervisor de la estación de Supervisión y en el subsistema de Control en la estación de Control, respectivamente. Desde el punto de vista de software, la estación del operador no se toma en cuenta, porque solamente se utiliza para crear y desarrollar el software que se utilizará en el subsistema de control.

4.3 SUBSISTEMA SUPERVISOR.

El Subsistema Supervisor (SSV), consiste de una estación de monitoreo y supervisión basada en una computadora personal, tarjeta de comunicación OS-301 via RS-4221485 y una impresora.

La estación de monitoreo y supervisión tiene la tarea de realizar:

i. * La Creación de recetas propias del proceso a controlar. El registro y almacenamiento de información. La programación y-configuración del sistema de control.

+ La carga de datos al programa del controlador. El intercambio de información con el controlador. La adquisición de datos y supervisión del proceso.

* El reporte de información del proceso. El despliegue de información del proceso.

* El despliegue de información del sistema de control. * El monitoreo de acciones y Órdenes del operador.

,

El diagrama de flujo que representa al subsistema Supervisor, se muestra en la figura 4.3. el diagrama de flujo indica que existen dos opciones al inicio de la ejecución del programa; si es la primera ocasión que se ejecuta el programa del subsistema supervisor, se configura al sistema de control y se realiza el manejo de recetas (a partir de la segunda ejecución del software para un mismo proceso, solamente se elige la opción de manejo de recetas). La función de manejo de receta, crea las recetas, selecciona la receta a aplicar en el proceso y carga los datos de receta en memoria de la PC. El subsistema del supervisor, se encarga de seleccionar el modo de operación del sistema de control, establece la comunicación con el controlador pMAC-6000 y descarga la información a-través del subsistema de comunicación al dicho controlador. Una vez dado el comando de arranque

4.3

CAPITULO 4 OiSEfiO OEL SISTEMA PROGRAMATIC0 BATCH

9 para el control del proceso, el subsistema supervisor entra en modo monitoreo y supervisi6n, repitibndose el ciclo de adquisición de datos del controlador pMACJ3000, detección de interrupciones por teclado para permitir la introducción de datos por parte del usuario y despliegue de informaci6n del proceso y del sistema de control. Este subsistema puede, una vez descargado los datos de receta al pMAC.6000, estar fuera de línea sin interrumpir ni crear problemas en el sistema de control.

( T i q

h I

UulEJU DE

EDICION DE SELLCCION RECETAS DE RECCIAS

MODO DE UPERACION

ESTABLECE OMUNlViClON

FIGURA 4.3 OIAGRAMA DE FLUJO OEL PROGRAMA OEL SUPERVISOR

4.4

CAPINLO 4 OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

4.3.1 Arquitectura del Subsistema Supervisor. h

El programa ejecutable del supervisor, BATCSUP.EXE, estará formado por seis programas fuente:

batcsup.c, es el programa coordinador, que establece la comunicación con pMAC.6000 y direcciona hacia la ejecución de los programas: batcenv, batcmnt, crearec, selerec, y cfgumac.

bateenv.c. es el programa que contiene las funciones de envio y descarga los datos de receta en el controlador universal pMAC.6000.

batcmnt.c, contiene la funciones de adquisición de datos, monitoreo y supervisi6n del proceso.

crearec.c. contiene las funciones para crear, guardar y listar las recetas propias del proceso a controlar.

se1erac.c. este programa contiene las funciones de selección de receta a procesar, lectura de los datos almacenados en las tablas creadas para receta y descarga de datos en memoria en cada uno de los arreglos (cadenas, enteros y reales) utilizados.

cfgumac.c, está formado por las funciones que se encargan de configurar a los módulos de entradas y salidas del pMAC-6000. Habilita a los canales a utilizar, así como la señal a utilizar en ese canal.

\\

. Se muestra a continuación un diagrama de árbol (figura 4.41, en el que se enlistan las funciones que componen al programa ejecutable del subsistema Supervisor y e l nivel jerárquico a l que pertenece. Enseguida, se _I 3

detallará la arquitectura por niveles, de cada uno de los programas que conforman al ejecutable del subsistema. Supervisor. La división por niveles, se realiza tomando a los seis programas componentes, como uno solo; la descripción de la arquitectura se realiza para cada uno de los programas componentes.

CAPITULO 4 OiSENO OEL SISTEMA PAOGRAMATICO BATCH

- AB-RCTA

D IAGRAMA DE ARBOL DEL SUBSISTEMA SUPERVISOR (BATCSUP.EXEi: Y

F. PPALES NNEL 1 NNEL 2 NNEL 3 N N U 4 N N E L 5 NNELB NIVEL7

MENU

FAS-SEL OPRACION

HANLOG LVA-CFG ANALES LRR-NCAN

SEL-RCTA t MAN-RCTA

UMRCTA

DI-TOT

EDI-RCTA

DiC-FAS UBFAS

CUADRO OPCSECU LO-VAR

ISLVAPROC R°CDMTo I

I PLANT I U LEE-PSOS IACCION

I P I 'AT-CTRL

INI-DAT

LIS-RCTA

TRLES ROCED

FIGURA 4 .4 DIAGRAMA DE ARBOL DEL SUBSISTEMA SUPERVISOR (BATCSUP.EXE1:

4 6

CAPITULO 4 DISEA0 OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

L-CFQCTR L-CFQIO LEE-RCTA

REC-FAS REC-SUBF REC-PROC REC-PSOS

L C C N - D S P

CARO-TAB

COM-H-UM IINIT-COM 1 COM-OPEN

MDO-OPER PROSIQUE MONITOR IMNTOREO

DQENT DQCAD DQFLOT

ORRAR SPL-RST

LULT-FLO LIP-A~CN

SGCMND AM-PRMT

L T R L D O R S

1 I DESPLQS

LLEE-TECL k

I SEDRESP

UG-PRMT I CMNDFLO

LRR-UMAC ENVIAFLO

ENVIACAD I Tm-DAT

I DIV-FLOT

ENV-DAT

FIGURA 4.4 Icont.1: DIAGRAMA DE ARBOL DEL SUBSISTEMA SUPERVISOR ¡BATCSUP.EXE):

CAPITULO 4 OISENO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

4.3.2 Batcoup.c

a). Funciones Principales: P

La figura 4.5, muestra el diagrama jerárquico de las funciones principales de Batcsupx

?

FIGURA 4.5 DIAGRAMA JERAROUICO DE LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE BATCSUP.C

menu : carg Tab mdoope r : comh-um: - prosigue: env - da1 :

moni tor : .’:

Presenta el menu de las opciones principales del programa ejecutable. Función que contiene funciones que leen y cargan en memoria todos los datos de receta. Se elige el modo de operación del proceso. Función que contiene la función que establece la comunicación con el sistema pMAC-6000. Cuestiona si se continua con la ejecución del ejecutable o no. Función que contiene funciones que envian y escriben datos (enteros, reales y cadenas) en el sistema pMAC-6000 y la que enwia el comando de envio total de datos. Función que contiene la función de monitoreo del proceso bajo control.

b). Funciones de Pr imer N i v e l

Las figuras 4.6 y 4.7, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de primer nivel de Batcsup.c

FIGURA 4.6 DIAGRAMA JERARíiUlCO DEL MENU PRINCIPAL

CAPITULO 4 DiSE80 DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

\ man rcta: cfg - k a c :

re1 - rcta:

Despliega el menú de manejo de receta y direcciona hecia la función elegida. Direcciona hacia las funciones de lectura de nombres de las fases y a la función que despliega y selecciona la fase a configurar, habilitando y estableciendo los canales de EIS. Selecciona la receta a cargar en memoria para su posterior descarga y ejecuci6n en pMAC-6000.

% v FIGURA 4.7: al. DIAGRAMA JERAROUICO DE COMUNICACION DEL SUPERVISOR Y EL /ddAC. bl. DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION MONITOR.

init - com:

mntoreo :

Establece los parámetros de comunicación, establece los comandos para lectura y escritura. Inicia la comunicación con el sistema pMAC-6000. Contiene las funciones de captura de pulsos del teclado; despliega y monitorea al SCB.

cl. Funciones de Sagundo Nivel:

Las figuras 4.8, 4.9 y 4.10, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de 20. nivel de Batcsup.c 3-

I I

FIGURA 4.8 DIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION SELECCION DE RECETA.

FIGURA 4.8: DIAGRAMA JERARllUlCO OE LA FUNCION MANEJO DE RECETA.

49

CAPITULO 4 DISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

lis - réta:

edi - reta:

¡ni - dat :

l lama a la función de cargar datos en memoria, y luego despliega las opciones para listar la receta, ya sea si se quieren listar: fases, subfases. procedimientos, pasos o controladores. Despliega el menú de edicion de recias: edicion total o parcial y direcciona hacia Is opción elegida. Inicializa los arreglos de cadenas, enteros, y flotantes.

FIGURA 4.10 DIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION INlClALlZAClON DE LA COMUNICACION.

corn - open: Establece la comunicaci6n con el sistema pMAC.6000 a través del serial RS.485.

d). Funciones de Tercer Nivel:

La figura 4.11, muestra el diagrama jerárquico de la función de tercer nivel de Batcsup.c, está formada por:

f a t - subf proced : pasos : Lista todos los pasos del proceso. ctrles :

Lista las fases y subfases del proceso. Lista los procedimientos del proceso.

Lista los tipos de controladores habilitados para el control de las variables analógicas del proceso.

I I

FIGURA 4.11: DIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION LISTAR RECETA.

4.3.3 6atcenv.c

al. Funciones de Primer nivel:

La figura 4.12, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de primer nivel de Batcenv.c

OlSENO ML SISTEMA PROGRAMATIC0 BATCH CAPINLO 4

u .-

FIGURA 4.12 OIAGRAMA JERAROUICO DE LAS FUNCIONES DE PRIMER NIVEL DE BATCENV.C

enviaent:

enviaflo:

enviecad:

txt - dat :

Envia el arreglo de enteros hacia el sistema pMAC-6000, realizando revisión de la respuesta de pMAC-6000 para detección de un posible error. Envia el arreglo de reales hacia el sistema pMAC-6000, realizando revisión de la respuesta de pMAC-6000 para detección de un posible error. Envia e l arreglo de cadenas hacia el sistema pMAC-6000, realizando revisión de la respuesta de pMAC-6000 para detección de un posible error. Asigna los índices de transmisión de arreglos enteros y envia los índices de transmisión a la función de envio de enteros, para el adecuado envio y recepción de datos en pMAC-6000.

5

b). Funcionss de Segundo Nivel:

Las figuras 4.13, 4.14 y 4.15 muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de segundo nivel de Batcenvx

3

FIGURA 4.13 DIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION OE MONITOREO.

lee - tecl: Detecta un pulso de tecla, lo atrapa y evalúa para verificar si e l comando a transmitir es: modo operativo, estado operativo del proceso, cambio de parimetros, o para deshabilitar el controlador del proceso. Direcciona hacia las funciones de adquisición de datos enteros, reales y de cadenas. Realiza despliegues de: las opciones del menú (modo operativo, estado operativo, cambios de parámetros, y para deshabilitar al controladorl; de los datos del proceso, tales como: fase, subfase, tiempos de duración y variables de controladores. Contiene la función que despliega los pasos de control.

desplgs :

4.1 1

DISENO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

FIGURA 4.14 a). DIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION DE ENVIO DE ENTEROS. bl. DIAGRAMA JERAROUICO OE LA WNCION DE TRANSMISON DE DATOS.

rend : esp - r a p :

Comando que ejecuta el envio de los arreglos de enteros. Verifica si e l envio de datos es correcto y verifica el estado de la comunicación con el sistema pMAC-6000. Contiene la función que analiza el tipo errar detectada en el envio, en casa de que Io haya.

+ZL, DIV-FLOT ESP-RLSP

FIGURA 4.15 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE ENVIO OE DATOS DEL TIPO REAL.

div - flot: Divide a cada uno de los elementos del arreglo de datas del tipo real entre 10000, antes de enviarlos al pMAC.6000; para estandarizar los valores. !'

e). Funciones de Tercer Nivel:

Las figuras 4.16 y 4.17 muestran los diagramas jerárquicas de las funciones de tercer nivel de l3atcenv.c

FIGURA 4.16 OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DEL TECLAOO.

asg - cmnd camgrmt:

Asigna los inicios y f in de las arreglos de enteras, flotantes y cadenas para su envio. Direcciona hacia la función que realiza el cambio de parámetros en las controladores.

4-12

CAPINLO 4 DiSEbO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

FIGURA 4.17 DIAGRAMA JERARDUICO DE LA RJNUON DE MRIFICACION DE LA RESPUESTA DE flAC.6OW.

err - umac: Evalúa el tipo de error que se genera, para luego imprimir en pantalla el mensaje de error.

d). Funciones de Cuarto Nivel:

La figura 4.18 muestra el diagrama jerirquico de las funciones de cuarto nivel de 6atcenv.c

FIGURA 4.18: DIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION DE CAMBID DE PARAMETRDS.

ctrldors: Despliega en pantalla los controladores habilitados an la receta y direcciona hacia la función que evalúa el tipo de controlador elegido para cambiar los parámetros.

4.3.4 Batcmnt.c

a). Funciones de Segundo Nivel:

La figura 4.19 muestra el diagrama jerárquico de las funciones de segundo nivel de i3atcrnnt.c

FIGURA 4.19: DIAGRAMA JERAR(IUIC0 DE LA FUNCiON DE ENVIO DE CADENAS DE CARACTERES.

4.13

.

CAPIlÚlO 4 OISENO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

b). Funciones de Tercer Nivel:

La figura 4.20 muestra el diagrama jerárquico de las funciones de tercer nivel de Batcmnt.c

adqent :

adqcad :

adqflot :

borrar : dspl - rst:

I I I

FIGURA 4.20 OIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION OE MONITOREO OEL PROCESO.

Lee los elementos del arreglo de enteros y direcciona hacia las funciones de envio de los elementos enteros y hacia e l análisis de la respuesta de pMAC-6000. Lee los elementos del arreglo de cadenas y direcciona hacia las funciones de envio de los elementos de la cadena y hacia el análisis de la respuesta de pMAC-6000. Lee los elementos del arreglo de reales y direcciona hacia las funciones de envio de los elementos reales y hacia e l análisis de la respuesta de pMAC.6000. Borra las líneas de secuencias y mensajes desplegados en pantalla. Despliega las secuencias del proceso y direcciona hacia las funciones de adquisición de datos enteros y de cadenas de caracteres, y hacia los tipos de acciones que se ejecutarán.

c). Funciones de Cuarto Nivel:

Las figuras 4.21,4.22,4.23 y 4.24 muestran los diagramas jerárquicos de funciones de 40 nivel de Batcmnt.

ADQCAD

6% ESP-RESP

FIGURA 4.21: DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCiON DE AOOUlSiClON OE CAOENAS DE CARACTERES,

ESPLRESP MULT-FLO

FIGURA 4.22 OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE AOOUISICION DE OATOS DEL TIPO REAL.

414

CAPITULO 4 DiSEfdD DEL SISTEMA PRDGRAMATICD BATCH

mult-flo: Multiplica por 1 0000 los datos reales leidos en pMAC.8000, para normalizar los valores de las v señales.

FIGURA 4.23: DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION OE AOüUlSlClON DE ENTEROS.

FIGURA 4.24 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE DESPLIEGUE DE LAS SECUENCIAS DE LA RECETA.

tip - accn: Evalúa los elementos de cadena comparándolas con los tipos de acción disponibles en el sistema y asigna el mnemónico de la acción correspondiente.

d). Funciones de Ouinto Nivel:

La figura 4.25 muestra e l diagrama jerárquico de las funciones de quinto nivel de Batcmnt.c

FIGURA 4.25 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE CAMBIO OE PARAMETROS EN LOS CONTROLADORES.

tip - ctrl: Muestra los valores actuales de los parámetros del controlador elegido y acepta los nuevos valores de los parámetros que se requieran cambiar.

415

CAPITULO 4 DISENO DEL SISTEMA PRDGRAMATICO BATCH

e). Funciones de Sexto Nivel: 't

La figura 4.26 muestra el diagrama jerárquico de las funciones de sexto nivel de Batcmnt.c

FIGURA 4.28: DIAGRAMA JERARílUICO DE LA FUNCION DE ELECCiON DEL TIPO DE CONTROLADOR.

elg prmt: cmidflo :

Elige los parámetros del controlador, cuyos valores se requieran cambiar. Asigna valores a los índices de los arreglos de los elementos reales para luego direccionar hacia la función de envio del arreglo de datos reales.

fl. Funciones de Séptimo Nivel:

La figura 4.27 muestra el diagrama jerárquico de las funciones de séptimo nivel de Batcmnt.c

CMNOFLO

ENVIAFLO

FIGURA 4.27: DIAGRAMA JERARDUICO DE LA FUNCION DE ASlGNAClON Y ENVIO DE DATOS REALES.

4-16

CAPITULO 4 OiSEfiO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

d 4.3.5 Cre8rec.c f

a). Funcionas de Tercer Nivel:

La figura 4.28, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de tercer nivel de Crearec.c

.I

FIGURA 4.28: OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION OE EOlClON DE LA RECETA.

num-rcta: edi - tot :

Da de alta el número de la receta a crear. Crea completamente la receta; realizando en forma secuencia1 y continua la introducción de los datos de las fases, subfases, procedimientos, pasos y acciones de control, y los datos de los controladores. Crea la receta; realizando en forma parcial e individual la introducción de los datos, ya sea de las fases, subfases, procedimientos, pasos y acciones de control, o los datos de los controladores.

e d i g r c l

Y b). Funciones de Cuarto Nivel:

Las figuras 4.29 y 4.30, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de cuarto nivel de Crearec.c

edic fas:

procdmto: subfas :

FIGURA 4.29 DIAGRAMA JERARWICO DE LA FUNCION DE EOlClON TOTAL DE LA RECETA

Se crean las fases de las que consta el proceso y se graban los datos en un archivo. Se crean las subfases de las que consta el proceso y se graban los datos en un archivo. Se crea el procedimiento general (secuencias de fases) de la receta y los procedimientos de cada una de las fases (secuencias de subfases) de los que consta el proceso y se graban los datos en un archivo.

4-17

CAPINLO 4 DiSEffO DEL SISTEMA PRDGRAMATICD BATCH

EDICLFAS

y dat-rets:

dot etrr: tabrcta: -

Se crean los pasos y acciones de control (secuencias) de las que consta el proceso y se graban los datos en un archivo. Se crean los datos de los controladores a habilitar en el proceso y se graban en un archivo. Registra y graba en archivo el número de la receta creada.

PROCOUTO OAT_RClA IAB-RClA

I I

FIGURA 4.30 DIAGRAMA JERARaUICO DE LA FUNCION DE EDlClON PARCIAL DE LA AECETA.

e). Funciones de Iluinto Nivel:

Las figuras 4.31, 4.32, 4.33, 4.34 y 4.35, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de quinto nivel de Crearec.c

i

FIGURA 4.31: a). DIAGRAMA JERARíiUICD DE LA FUNCION OE EDlClON OE FASES OEL PROCESO. bl. DIAGRAMA JERARíiUICO DE LA FUNCION DE EDlClON DE SUBFASES DEL PROCESO.

PROCDMTO 7

FIGURA 4.32 DIAGRAMA JERARíiUICD DE LA FUNCION DE EDlClON DE LOS PROCEDIMIENTOS DE LA RECETA.

cuadro : Enmarca los títulos de las etapas del proceso.

4.18

CAPITULO 4 DISEA0 OEL SISTEMA PROGRAMATIC0 BATCH

opc - tecu: Elige el tipo de Secuencia a realizar, ya sea una condición, fase o subfase; y direcciona hacia las funciones de elección de variable y a la de almacenamiento en archivos de los datos del procedimiento.

7

l . I I I

1 I

FIGURA 4.33 DIAGRAMA JERAROUICO FUNCION OE EDlClON DE SECUENCIAS IACCIONES DE CDNTROLI. -\

plantill: leegoor:

Despliega la plantilla de instrucciones de acciones de control a elegir. Establece los pasos que conformarán las secuencias. Construyendo cada secuencia, tomando en cuenta la acción a realizar.

lDNTFCA

YANKRClL

FIGURA 4.34 DIAG. JERAROUICO DE LA WNCION EDlClON DE DATOS DE LOS CONTROLADORES DE LA RECETA.

idntfce : Identifica el controlador a configurar, mediante la asignación de su localización, de su identificador de 2 letras, de la nomenclatura de la variable que va a controlar, y del número de canal en /~MAC-t?000, que ocupará ésta variable. Establece los valores de los parámetros del algoritmo del controlador PID y los guarda en un archivo de datos. Establece los valores de los parámetros del algoritmo del controlador PI y los guarda en un archivo de datos. . Establece los valores de los parámetros del algoritmo del controlador PD y los guarda en un-- archivo de datos. Establece los valores de los parámetros del algoritmo del controlador Proporcional y los guarda en un archivo de datos.

pid :

pi :

pd :

prop :

419 1

DISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

M A N R C T A

FIGURA 4.36 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE REGISTRO DE LA RECETA.

d). Funciones de Sexto Nivel:

Las figuras 4.36, 4.37 y 4.38, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de sexto nivel de Crearec.c

FIGURA 4.39: DIAG. JERAROUICO DE LA N N C I O N DPCION DE SECUENCIA DE LA RECETA.

..\ alg - var : slvaproe:

Se elige la variable y su valor, a introducir en la secuencia condicional. Guarda en archivo los datos del procedimiento, tales como: número de secuencia, si es una condición, la variable, e l sifino de comparación, el valor y e l número del paso a proseguir en caso de ser cierta la comparación. Si es una subfase del proceso, guarda en archivo el tiempo de duración de ésta.

LEE-PSOS Lil

FIGURA 4.37: DIA. JERAROUICO FUNCION EOlClON DE PASOS Y ACCIONES DE CONTROL OE LA RECETA.

accion : Analiza e imprime en pantalla la acción elegida por teclado.

4-20

CAPINLO 4 DISENO DEL SISTEMA PRDGRMATICO BATCH .'. , ..> 3 .:

p. -

FIGURA 4.38: DIAGRAMAS JERARílUICOS: al. WNCION DE IDENTIFICACION DEL CONTROLADOR. bl. WNCION DEL CONTROLADOR PID. cl. FUNCION DEL CONTROLADOR PI. dl. FUNCION DEL CONTROLADOR PO. 81. WNCION DEL CONTROLAOOR PROPORCIONAL.

L

err - idnt:

slvactrl:

Si la longitud de la cadena de identificación es mayor a 2 caracteres, despliega un aviso de error. Guarda los datos de los controladores: localización, número de lazo, nombre del controlador, número de canal y los parámetros.

e)., Funcionst de Séptimo Nivel:

La figura 4.39, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de séptimo nivel de Crearec.c 9

I

~~~~

FIGURA 4.3ü: DIAG. JERARiiUICO OE LA WNCION ELECCION DE LA VARIABLE.

4.21

. .

OISEÑO DEL SISTEMA PAOGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

4.3.6 Se1erec.c

a). Funciones de Primer Nivel:

La figura 4.40, muestra e l diagrama jerárquico de las funciones de primer nivel de Se1erec.c

I 1

FIGURA 4.40 OIAGRAMA JEAAROUICO DE LA FUNCION CARGA EN MEMORIA . , . .~ ,, . - . ... . .. . .

. ' . . DE LA TABLA DE DATOS DE LA RECETA.

lee - rcte: Direcciona hacia las funciones de: lectura de fases, lectura de subfases, lectura de

I cfgctr: Ccfgio - :

procedimientos y lectura de pasos. Lee los datos de configuración de los controladores. Lee los datos de configuración de las entradas y salidas (analbgicas y digitales) de pMAC43000.

b). Funciones de Segundo Nivel:

Las figuras 4.41 y 4.42, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de segundo nivel de Se1erec.c

ILEE_IRCTAI .'

i

1

FIGURA 4.41: DIAGRAMA JERAAOUICO DE LA FUNCION OE LECTURA OE DE LOS DATOS DE LA RECETA.

rec fa5 : rec-subf: - rafgroc: recgsos:

Lee los nombres de las fases del proceso. Lee los nombres de las subfases del proceso. Lee los datos de los procedimientos de la receta del proceso. Lee los datos de los pasos o acciones de control de cada una de las subfases del proceso. Direcciona hacia la función que analiza el mnemónico de entrada y asigna el mnem6nico de la acción de control realizada.

4-22

CAPITULO 4 OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

MAN-RCTA

FIGURA 4.42 OIAGRAMAS JERAROUICOS a). FUNCION OE LECTURA OE LOS OATOS OE CONFIGURACION OE LOS CONTROLAOORES. b). OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE LECTURA OE LOS OATOS OE CONFIGURACION

DE LAS EIS OE /1MAC4000.

ACCN-OSP

e). Funciones de Tercer Nivel:

Las figuras 4.43 y 4.44, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de tercer nivel de Se1erec.c

FIGURA 4.43: DIAGRAMAS JERARüUICOS al. FUNCION OE LECTURA DE OE LOS OATOS OE SUBFASES. bl. FUNCION DE LECTURA DE DE LOS OATOS DE LOS PROCEOIMIENTOS.

accn - drp: Analiza el mnemónico de entrada y asigna el mnemónico de la acción de control a realizar.

4-23

OISEIO DEL SISTEMA PROGRAMATICD BATCH ’ CAPITULO 4

. . 4.3.7 Cfgumac.c: 1

a). Funciones de Segundo Nivel:

La figura 4.45, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de segundo nivel de Cfgumac.c

E3 FAS-SEL OPRACION

? FIGURA 4.45 DIAGRAMA JERARílUICO DE LA FUNCION DE CONFIGURACION DEL pMAC.6000.

fao - oel : opracion:

Lee los nombres de las fases del proceso. Despliega en pantalla las fases del proceso y se selecciona la o las fases a configurar.

b). Funciones de Tercer Nivel

Las figuras 4.46 y 4.47, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de tercer nivel de Cfgumac.c

FIGURA 4.46 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION W E REALIZA LAS OPERACIONES DE CONFIGURACION.

canales : Establece el número y tipos de canales a usar. Despliega los títulos de los tipos de señales, su unidad de ingeniería, la tablilla de conección en pMAC43000 y el canal correspondiente. Asigna sehales impohantes del proceso a los canales, una vez configurados. Asigna el número de cada canal a utilizar según el número de canales elegidos. Guarda la configuración de la estructura de control a utilizar. Incluye: número de EIS análogicas o lógicas, nomenclatura de la seial y el número de canal.

chan log: olva - cfg:

4-24

CAPITULO 4 DiSE80 DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

FAS-SEL i-; FIGURA 4.47: DIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION DE LECTURA DE FASES.

c). Funciones de Cuarto Nivel

La figura 4.48, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de cuarto nivel de Cfgumacx

FIGURA 4.48: DIAGRAMAS JERARüUICOS: a). FUNCION DE CONFIGURACION DE CANALES. b). FUNCION üUE GRABA EN ARCHIVO LOS OATOS OE CONFIGURACION.

err - ncan: Verifica que el número de señales introducido por teclado, sea el correcto.

4.25

OISEÑO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

4.4 SUBSISTEMA DE CONTROL. E

El Subsistema dsl Controlador, está formado por la unidad de adquisición y control l.~MAC-6000), e l panel de EIS binarias y los módulos de acondicionamiento de señales.

La unidad de adquisición y control tiene la tarea de realizar:

* La adquisición de seiiales analógicas y binarias de proceso. * El control regulatorio (analógico) continuo. * El control analógico en tanda de secuenciamiento sencillo.

El control lógico de secuenciamiento complejo. * El envio de señales analógicas y binarias al proceso.

El intercambio de información con la estación del supervisor. * La recepción de programas de la estación del supervisor. B

La figura 4.49 muestra el diagrama de flujo del subsistema de control. El programa intérprete primeramente inicializa los arreglos (enteros, cadenas y flotantes) que captarán la información de la receta proveniente del subsistema supervisor. Inmediatamente después configura al módulo de entradas y salidas del controlador digital pMAC-6000, determinando que tipos de señales (digitales, analógicas) se van a utilizar para controlar al proceso. Después configura la interrupción por comunicación, estableciéndose, el enlace de comunicación con el subsistema supervisor, permaneciendo en estado de espera de datos. Capta los datos de información de la receta (enviada por el supervisor), asignando estos datos a los arreglos correspondientes. Si la recepción y el procesamiento de los datos se efectúa correctamente (sin errores), entonces se realiza la configuración de las interrupciones por tiempo. Si desde el subsistema supervisor se estableció el modo de operación del SCB, y si está en modo automático, el sistema esperará e l comando de arranque que Io recibirá del supervisor. Cuando sea dado el comando de arranque, inmediatamente e l SCB estará en linea con e l proceso y procederá a controlarlo.

P

4.26

CAPITU~O 4 OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

FIGURA 4.49: DIAGRAMA OE FLUJO DEL PROGRAMA DE CONTROL BATCTR1.C

4-27

OISEÑO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4 I

CAM-VAR CONT-SEC

CFGINTER 'L NM-VARCF

CTRLREG *I AOO-ENV

. IPIO-GRAL

LEMIAUTO TECLAIN

EOOS OPE

SUBFASES ¡Ni-CAN ENV-OAT 1 INI-VAR

AOO-~IAT

I VERIFICA

. CTRLSEC FASES

I i

4.4.1 Arquitectura del Subsistems de Control.

NIVEL 1 F. PPALES NIVEL 1 NIVEL 2 NIVEL 3 NIVEL 4 NIVEL 6 NIVEL 6

B C

I

I

4-28

DISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO EATCH CAPITULO 4

NIVEL 8 NIVEL 7 NIVEL a NIVEL 9

CMPRCN ACCNCIRL FALLAS

REGULAR 1 SEN-CIRL OPC - C I R L

1 FIGURA 4.50 1Coni.l: DIAGRAMA DE ARBOL DEL SUBSISTEMA DE CONTROL IEATCCTRL.EXE1

A continuación, se detallará y describiri la arquitectura por niveles, del programa ejecutable del subsistema de Control.

4.4.2 Batetrl.

C a). Funciones Principales:

La figura 4.51, muestra el diagrama jerárquico de las funciones principales de 8atctrl.c

I MAIN 1

FIGUhA 4.51: biAGRAMA JERAfiilUICO DE LAS FUNCIONES PRINCIPALES OE BATCTRL C

cfginout: iniclzer: cfintcom:

Configura las entradas y salidas, analógicas y digitales. Inicializa el tiempo, variables y elementos de los arreglos de enteros, reales y cadenas. Configura la interrupción de comunicación.

429

CAPITULO 4 DISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

b). Funciones de Primer Nivel: .z

Las figuras 4.52 y 4.53 muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de primer nivel de 6atctrl.c

CFGENANA CFGSUNA CFGENLOG CFGSAlOG I N C U N

FIGURA 4.62 DIAGRAMA JERARíiUlCO DE LA FUNCION CONFIGURACION DE ENTRADAS Y SALIOAS.

dgenana: Configura las entradas analófiicas. cfgsaana: Configura las salidas analógicas. cfgenlog: Configura las entradas lógicas. cfgsalog: configura las salidas lógicas. ¡ni - can :

:

Inicializa a cero volts los canales anal6gicos de salida.

FIGURA 4.53 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION INlClALlZAClON OE DATOS.

¡ni - tpo : ¡ni - var :

lnicializa las variables de reloj. Inicializa variables y elementos de los arreglos de enteros, reales y cadenas.

c). Funciones por Interrupción:

La figura 4.54, muestra e l diagrama jerárquico de las funciones de interrupción por comunicación de 6atctrl.c

~~

FIGURA 4.54 DIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION DE INTERRUPCION POR COMUNICACION.

enlace : Establece la comunicaci6n con la estaci6n Supervisora, para el envio o lectura de datos.

4.30

CAPITULO 4 OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

$

d). Funciones de Segundo Nivel:

La figura 4.55, muestra e l diagrama jerárquico de las funciones de segundo nivel de Batctr1.c

ENL4CE 'i FIGURA 4.65 OIAGRAMA JERAROUICO DE LA FUNCION ENLACE OE COMUNICACION CON EL SUPERVISOR.

esgnarrg: Recibe y procesa los datos que provienen del supervisor,

e). Funcioms,de Tercer Nivel:

La figura 4.56, muestra el diagrama jerirquico de las funciones de tercer nivel de 8atctrl.c

ASGNARRG Li' 2 5 - 7 5 VERIFICA CTRLSiC

FIGURA 4.66: DIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION ASIGNACION DE Y CAPTURA DE COMANDOS DEL SUPERVISOR.

verifica: Verifica que la recepción de datos provenientes del supervisor, se realice correctamente. En caso de ser defectuosa la recepción, despliega en pantalla el aviso: PROCESAMIENTO DE DATOS DEFECTUOSO. Ejecuta la secuencia del procedimiento general de la receta, verificando si la secuencia a realizar es una fase o un comando condicional.

ctrlsec :

A. Funciones de Cuarto Nivel:

Las figuras 4.57 y 4.58, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de cuarto nivel de Batctr1.c

Realiza un cambio de arreglos. Los elementos de los arreglos (enteros, reales y cadenas) provenientes del Supervisor los asigna a los arreglos que se utilizarán en las subrutinas de batctr1.c e inicializa los arreglos de aquél. Se asignan los valores iniciales de cada uno de los contadores del programa. Configura las interrupciones: basadas en tiempo y por teclado.

cam - ver :

cont sec: cfginter:

431

DISENO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

I I

FIGURA 4.57: OIAGRAMA JERARDUICO DE LA FUNCION MRlFlCAClON DE DATOS RECIBIDOS OEL SUPERVISOR.

fases : condgral

secuenfs:

I I

FIGURA 4.58 OIAGRAMA JERARDUICO OE LA FUNCION DE CONTROL SECUENCIAL.

Realiza la asignación del nombre de la fase a ejecutar a una cadena. Se evalúa un condicional en el procedimiento general. Si es una variable analógica, se interpreta y compara la variable, su signo y su valor; y verifica el paso siguiente a realizar. Si es una señal digital se verifica si es nivel alto o bajo; y sigue con la secuencia de la receta según los resultados de la verificación. El nombre de la fase asignada a la cadena ya evaluada en la subrutina "fases", se compara con todas las fases del proceso, para verificar el orden de ejecución.

J ? 9). Funciones de Quinto Nivel:

Las figuras 4.59, 4.60 y 4.61, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de quinto nivel de 6atctrl.c

CONT-SEC cii FIGURA 4.59 OIAGRAMA JERARDUICO OE LA FüNClON INlClALlZAClON DE LOS CONTAOORES OEL PROGRAMA.

nm - varcf Se comparan las tablas de configuración que se crearon, para verificar la que tiene e l mayor número de señales configuradas.

4-32

CAPITULO 4 DISENO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

FIGURA 4.60 OIAGRAMA JERARüUICO DE LA FUNCION INTERPRETACION DE LAS SECUENCIAS CONDICIONALES.

cmpvergr: Compara la señal del proceso con las configuradas (en receta) para verificar si es una seiial analógica o lógica.

FASE-CAN CTRLSUBF

FIGURA 4.61: DIAGRAMA JERARüUlCO DE LA FUNCION INTERPRETACION DE LAS SECUENCIAS OE FASES

fase-can:

ctrlsubf

Normaliza la señal que se va a enviar para controlar al proceso. Esta seiial corresponde al comando que indica la fase del proceso que se va a ejecutar. Realiza la interpretación de la subsecuencia o secuencia de subfases a realizar; SI la prbxima subsecuencia es una subfase o un condicional.

h). Funcionas por Interrupción:

La figura 4.62, muestra el diagrama jerárquico de las funciones por interrupción de control y por teclado de Batctr1.c

FIGURA 4.62 DIAGRAMA JERARüUlCO OE LA FUNCION INTERRUPCION DE CONTROL Y POR TECLADO.

adq-env : Indica si el controlador está habilitado o no, en modo manual o automático. En modo manual el operador activa los comandos de control; en automático, esta subrutina habilita y ejecuta la adquisición de datos y control del proceso. Habilita un controlador de lazo, para ajustar y controlar una señal analógica. ctrlreg :

433

CAPITULO 4 OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH .-

teelain : - Funci6n que se activa por interrupción: al detectar un pulso de tecla. Capta y procesa el comando habilitado por e l operador.

._

i). Funciones de Sexto Nivel

Las figuras 4.63, 4.64 y 4.65, muestrs 6atctrl.c

IC diagramas jer luicos de las ni nes de sexto nivel de

FIGURA 4.63 DIAGRAMA JERARIlUlCO DE LA FUNCION POR INTERRUPCION AOüUISICION Y ENVIO.

edos opa: oubfks : adcdat : anv - dat :

Imprime el menú principal de las fases del proceso. Imprime el menú de las subfases del proceso. Adquiere los datos de las entradas analógicas y la entradas lógicas. Envia al proceso los comandos que indicarán la fase y subfase a ejecutarse.

( A l (8)

FIGURA 4.64: OIAGRAMAS JERARüUICOS: al. FUNCION POR INTERRUPCION TECLAOO. bl. FUNCION POR INTERRUPCION: CONTROL REGULATOAIO.

I

semiauto:

pid - gral:

Verifica si existe permisivo para la ejecución del proceso en modo manual y activa la ejecución de la subfase habilitada por el operador. Evalúa el algoritmo de control para el tipo de controlador (PID, PI, PO, P) habilitado por el control secuencia1 de la receta.

434

OISENO DEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH CAPITULO 4

C53E SUBFAS CONDSUBP SECUENSB

FIGURA 4.65 DIAGRAMA JERARIIUICO DE LA FUNCION CONTROL DE SUBFASES.

subfas : condsubp:

Asigna a una cadena, el nombre de la subfase del proceso que se va a ejecutar. Se evalúa un condicional en un subprocedimiento si es una variable analógica se interpreta y se compara la variable, su signo y su valor con los datos de referencia establecidos por receta; y verifica el paso siguiente a realizar. Si es una señal digital, verifica si es de nivel alto o bajo; siguiendo con la subsecuencias de la receta según los resultados de la verificación. E l nombre de la subfase asignada a la cadena ya evaluada en la subrutina "subfas", se compara con todas las subfases de la fase ya procesada, para verificar el orden de ejecución.

oeeuensb

j). Funciones de Séptimo Nivel:

l a s figuras 4.86 y 4.87, muestran los diagramas jerárquicos de las funciones de séptimo nivel de Batctr1.c

CDNDSUBP Lr I 1-1 I

FIGURA 4.66 DIAGRAMA JERARIIUICO DE LA FUNCION INTERPRETACION DE LAS SECUENCIAS CONDICIONALES PARA SUBFASES.

cmpvarsb: Compara la señal del proceso con las configuradas (en receta) para verificar si es una señal analógica o lógica.

SECUENSB 7 I - I

SEN-ENV

FIGURA 4.67: DIAGRAMA JERARIlUlCO OE LA FUNCION INTERPRETACION OE LAS SECUENCIAS DE SUBFASES.

subf - can: Normaliza la sena1 que se va a enviar para controlar al proceso. Esta seiial corresponde al comando que indica la subfase del proceso que se va a ejecutar.

435

CAPITULO 4 OISEÑO OEL SISTEMA PROGRAMATICO BATCH

CMPRCN ACCNCTRL

sen - env : Envia al proceso, los comandos de fase y subfase a ejecutar. Se interpretan los pasos o acciones de control (secuencia1 o regulatoria) de una subfase, se leen en orden y se envian al proceso para su ejecución. Despliega en pantalla datos tales como: fase y subfase en ejecución, las acciones de control, datos de las variable analógicas, número de canal, mnemónico del comando, valor, tipo de controlador habilitado. Además, Supervisa el tiempo de duración de cada una de las subfases.

5

REGULAR FALLAS

k). Funciones de Octavo Mival:

La figura 4.68, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de octavo nivel de Batctr1.c

FIGURA 4.88: OIAGRAMA JERARRLIICO OE LA FUNCION INTERPRETACION DE LAS ACCIONES DE CONTROL Y ENVIO OE SENALES.

cmprcn :

accnctrl:

regular : fallar :

Se comparan los mnembnicos de las acciones de control, para verificar si la señal está dada de

Evalúa la acción a ejecutarse y le asigna un mnemónico a una cadena para notificar el comando que se ejecutará. Verifica las banderas de habilitación de los controladores de lazo. Verifica si existen discrepancias en los dispositivos, comparando el estado deseado y el estado actual.

alta en los archivos de configuración. ,

3

I). Funciones de Noveno Nivel:

La figura 4.69, muestra el diagrama jerárquico de las funciones de noveno nivel de Batctr1.c

Ll FIGURA 4.69 DIAGRAMA JERAROUICO OE LA FUNCION OE CONTROL AEGULATORIO.

sen ctrl: opcIctrl:

Verifica que seiial se va a controlar y si se habilitará o deshabilitará el controlador de un lazo. Verifica que tipo de controlador se va a habilitar.

4-36

CAPITULO 5

5.1 INTRODUCCION.

En este capítulo, se describe a la Planta Desmineralizadora (PDM) de una Central Termoeléctrica (CTE). Se inicia explicando, el funcionamiento de una CTE y se especifica la ubicación de la POM dentro de la CTE. Se realiza la descripción del conjunto de equipos que constituyen a la PDM; se describe el proceso de desmineralización y las transformaciones físicoquímicas que allí se efectúan; así como una descripción operativa, para conocer el sistema de producción de agua desmineralizada.

?

5.2

5.2.1 Central Termoeléctrica (CTE) 15.11.

CENTRAL TERMOELECTRICA Y LA PLANTA OESMINERALIZAOORA.

La producción de energía en la central termoeléctrica (figura 5.11, es un proceso de conversión de energía, que parte de una materia prima, el combustóleo .derivado del petróleo. El combustóleo se envía por medio de un sistema de bombas al generador de vapor; allí, la energía interna del combustible se libera haciendo que se produzca una reacción química (combustión), transformándose en energía calorífica, que evapora el agua del interior

funcionar la turbina de vapor, máquina que convierte la energia cinética del vapor en energía mecánica de rotación. II de la caldera. El vapor producido posee gran temperatura y alta presión, condiciones necesarias para hacer

FIGURA 5.1: BOSüUEJO FUNCIONAL DE UNA CTE.

Finalmente, el movimiento de la turbina se transmite a un generador eléctrico que, mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

5.1

CAPITULO 5 PLANTA OESMINERAUZAOORA

5.2.2 Ciclo Agua - Vapor de la CTE 15.21.

Las unidades termoeléctricas transforman la energía química contenida en los combustibles en energía eléctrica. El mecanismo que sirve de enlace entra dichas transformaciones es el ciclo aguavapor, donde el elemento de trabajo que es el agua, sufre toda una serie de cambios físicos: calentamiento, expansión, compresión y refrigeración, retornando al final de cada ciclo en su estado original.

En el ciclo aguavapor. e l agua se toma del tanque de oscilación del condensador y se le hace pasar por una serie de equipos que le aumentan gradualmente su temperatura, enviándola a la caldera del generador de vapor, este vapor mueve a los álabes de las turbinas. El vapor que sale por el escape de las turbinas, se condensa formándose gotas que se precipitan al tanque de oscilación del condensador, repitiéndose nuevamente el ciclo.

5.2.3 Ubicación de la PDM en una CTE.

La alimentación de agua a la caldera, en las Plantas Termoeléctricas. es principalmente de condensado de la turbina (alrededor de 95 a 99 46); las pérdidas por purgas, fugas de vapor y condensado, atomización de combustible, etc., deben compensarse con agua de repuesto cuyo volumen varía de 1 a 5 %. Esta compensación de agua de repuesto al ciclo agua-vapor Io proporciona la Planta Desmineralizadora I5.31.

GENERAQOR DE VAPOR

SlST U I Y

SISTEMA DE CONDENSAM)

DESMI-

ZADORA

FIGURA 5 .2 UBlCAClON OE LA PDM EN UNA CTE

5.2

LAPITULO 5 PLANTA DESMINERALIZAOORA

El agua de repuesto que la Planta Desmineralizadora suministra a la CTE, se integra al ciclo agua-vapor, a través del tanque de oscilación del condensador.

La figura 5.2, es un diagrama general de una Central Termoeléctrica, que muestra las partes principales de que está compuesta y la ubicación de la Planta Desmineralizadora. Las partes principales de una CTE, son: Generador de Vapor, Turbina, e l Sistema de Extracciones, Condensador y Sistema de Condensado, Sistema Agua de Alimentación y la Planta Desmineralizadora.

5.3 DESCRIPCION DE LA PLANTA DESMINERALIZADORA DE UNA CTE.

La descripción de la Planta Desmineralizadora que aquí se presenta, está basada en las PDMs "El Sauz" de Ouerétaro, Oro. y en la "Francisco Pkrez del Río" de Tula, Hgo.

La Planta Desmineralizadora, está formada por dos trenes (como mínimo) de intercambio iónico. La integración de un intercambiador catiónico, un tanque desgasificador, un intercambiador aniónico y un intercambiador de lecho mixto, junto con sus respectivas válvulas, tuberías, conexiones e instrumentación, constituyen un tren de una Planta Desmineralizadora. La Planta Desmineralizadora está constituida por ese conjunto de equipos, diseñados de tal forma que su funcionamiento coordinado tenga como base teórica fundamental el principio de intercambio iónico.

La Planta Desmineralizadora basada en el principio de intercambio iónico, tiene como función eliminar las impurezas minerales del agua hasta obtener un determinado grado de pureza, manteniendo el control de la calidad del agua. El agua producida en esta planta, específicamente es para alimentar a los generadores de vapor durante la operación de éstos, y Io hará cubriendo tanto en la cantidad como en la calidad requerida para los mismos.

En una Central Termoeléctrica, la Planta Desmineralizadora es la Única fuente de producción de agua pura, con la calidad requerida para la generación de vapor de alta presión, por Io que es necesario asegurar su funcionamiento contínuo y confiable.

5.3.1 Descripción Física 15.41.

A continuación se enlistan los principales equipos, dispositivos y componentes de una PDM:

Cabezal de Agua Cruda: Su función es proporcionar el agua necesaria para la desmineralización principalmente, además de alimentar al sistema de enfriamiento del intercambiador de calor para la dilución del ácido y al enfriamiento de las bombas de neutralización. Este cabezal se alimenta de la red de distribución de agua cruda por gravedad.

Bombas de Agua Cruda (3): Tiene la función de alimentar a los trenes de producción, tomando el agua cruda del cabezal, como sigue: 3 Bombas tipo centrífuga horizontal, una para cada tren y una de respaldo para cualquiera de los trenes.

5.3

PLANTA DESMINERALIZADORA CAPITULO 5

lntercambiador Catiónico: Elimina las salas minerales disueltas an el agua, tales como Mg, Na, Ga mediante el intercambio ibnico. Construido en placa de acero negro y el material de empaque es resina catiónica IR.200, con capacidad de regeneración.

Torre Desgasificadora: Elimina gases como CO,, O,, metano, etc., por deareación en forma ascendente. Estos gases se hallan contenidos en el agua que proviene del intsrcambiador catiónico. Construida en resina poliéster, recubierta con fibra de vidrio. Tiene una altura de 4.5 m y el material de empaque son anillos de PVC de 2" de diámetro por 2" de longitud.

*.

Bombas de Transferencia de Agua Acida: Transfiere el agua del tanque del desgasificador hacia e l intercambiador aniónico, con el fin de dar continuidad al proceso de desmineralización. Son 3 bombas centrífugas horizontal de acero inoxidable. Una bomba para cada tren y una de respaldo para utilizarse en cualquiera de los trenes, en caso de falla.

lntercambiador Aniónico: Elimina la acidez del agua proveniente del desgasificador. Construido en placa de acero negro; e l material de empaque es resina aniónica IRA 943l lRA 4024 con capacidad de regeneración.

lecho Mixto: Efectúa un "pulido" al agua desmineralizada que ya pasó por el catión y el anión. Constituye la Última etapa de desmineralización. Está construido en placa de acero negro; el material de empaque es resina del tipo catiónica y aniónica tipo IR-200CllRA-SOOC.

Tanque Día da Agua Desmineralizada: Dispone de suficiente agua desmineralizada para la regeneración de un catión y un anión o bien de un lecho mixto. Además alimenta al sistema para la dilución de ácido sulfúrico empleado en la regeneración del catión. Este tanque está hecho de fibra de vidrio con polyester.

Bombas de Transferencia de Agua Desmineralizada: Transfiere el agua ya pulida, del tanque receptor de agua desmineralizada hacia el tanque de almacenamiento de agua desmineralizada, con el fin de tenerla disponible para usarse' en el ciclo agua.vapor. Son dos las bombas de transferencia de agua desmineralizada.

Tanque de Almacenamiento' de Agua Desmineralizada: Almacena el agua producida en la planta de tratamiento con el fin de cubrir las necesidades de la unidad de vapor.

Food de tdautraliración: Neutraliza el agua de enjuague empleada en la regeneración del catión, anión o lecho mixto, la cual contiene altas concentraciones de ácido sulfúrico y sosa caijstica. Neutraliza a un PH de 7.0 antes de desalojar e l agua al drenaje general de la central.

5.4

PLANTA OESMINERALIZAOORA CAPITULO 5

\

Tanques de Almacenamiento de Acido Sulfúrico: ", Cumple con la función de disponer de suficiente ácido, para usarloxomo regenerante del filtro catiónico y del lecho mixto.

Su función es transferir el ácido sulfúrico, del tanque de almacenamiento al tanque día I,: de acido sulfúrico, a través de dos bombas centrífugas verticales. ~\

\.

. . Bomba de transíerencia de Acido Sulfúrico:

Tanque Die de Acido Sulfúrico: Tanque que tiene como fin, el de servir como recipiente de dilución para el ácido sulfúrico.

Bomba Regeneración.Acido Sulfúrico A (cationes) y B (lecho mixto): Transfiere el ácido regenerante del tanque día al filtro catiónico o al filtro lecho mixto.

Bombas de Dilución de Acido Sulfúrico: Bombas que se encargan de realizar la dilución del ácido.

~ Tanque de Almacenamiento de Hidróxido de Sodio: Su función es tener siempre disponible el hidróxido de sodio, para utilizarlo como regenerante del filtro aniónico y e l lecho mixto.

Bombas de Transferencia de Hidróxido de Sodio: Transfiere el hidróxido de sodio, del tanque de almacenamiento al tanque día del hidróxido de sodio, parajo cual cuenta con dos bombas centrífugas verticales.

. -. \.. \. Tanque Día de Hidróxido de Sodio:

Recipiente donde se diluye el hidróxido de sodio.

Bombas de Regeneración de Hidróxico de Sodio A (anión) y B (lecho mixto): Transfiere la sosa regenerante del tanque día al filtro aniónico o al filtro lecho mixto.

5.3.2 Descripción del Proceso de Desmineralización 15.4, 5.31.

La desmineralización consiste en la eliminación de las sales minerales que vienen disueltas en el agua, por medio del intercambio de iones.

El proceso de desmineralización se basa en dos reacciones de intercambio iónico: el intercambio catiónico y el intercambio aniónico. En la primera reacción se convierten las sales contenidas en el agua en sus respectivos

.>. ácidos, usando la resina catiónica base hidrógeno y en la segunda reacción se remueven estos ácidos utilizando la, resina aniónica base hidróxido;

.. . ?i

; '.:" .- .,

< . ._ I

5.5 i

.: ~ <a

' * . ,

I

' C . _

PLANTA DESMINERALIZADORA t. CAPITULO 5 !

, . \

El proceso de desmineralización se lleva a cabo de la siguiente manera: el sistema de agua de servicios suministra el agua cruda a la POM, en las condiciones requeridas de presión y de flujo. El agua cruda contiene sales de calcio, magnesio y sodio en forma de sulfatos, nitratos, cloruros, carbonatos y silicatos.

El agua cruda entra al filtro catiónico por la paite superior (ver figura 5.3). en donde las resinas que contienen los filtros, intercambian ¡ones hidrógeno (Hi) por ¡ones calcio, magnesio y sodio, formándose ácidos como sulfúrico, nítrico, clorhídrico y carbónico. Las reacciones que se realizan en el filtro catiónico son las siguientes

. .

R-H+ + HCO, --D R-Ca + H,CO,

--D R-Mg + H,SO,

Na' ---D R-Na + H ' C I

R-H+ + so,

R-H + CI

El agua ácida que se obtiene a la salida del catión, entra a la torre desgasificadora por el distribuidor superior, en el cual, se eliminan e l dióxido de carbono y el ox¡geno, por medio de un flujo de aire a contracorriente. El agua libre de gases se recibe en el tanque de oscilación, en la parte inferior de la torre; del cual se bombea al filtro aniónico, entrando por la parte superior de éste.

!.

1

FIGURA 5.3: ESüUEMA FUNCIONAL OE UNA PLANTA OESMINERALIZAOORA.

5.6

CAPITULO 5 PLANTA DESMINERALIZADORA

En el filtro aniónico, las resinas intercambian ¡ones hidróxilo (OH) por i o n s sulfatos, nitratos, cloruros y sílice; de esta manera se obtiene agua libre de ¡ones.

'Las reacciones que se llevan a cabo en el filtro aniónico son las siguientes:

R- OH- + H,S04 -D R-SO4 + HZO

R- OH- + H CI 4 R-CI + H,O

R-OH- + H, sios -D' R-SiOs + H,O

Después, el agua prácticamente desmineralizada que sale del filtro aniónico; entra por la parte superior del filtro de lecho mixto, donde las resinas de este filtro se encargan de eliminar los iones fugados en los filtros catiónico y aniónico, intercambiando iones hidrógeno e hidroxilo por cationes (Mg", Ca", Na') y aniones (SO-,. CI', SO-,) respectivamente, ya que este filtro consta de resinas catiónicas y aniónicas. AI realizar el "pulido", se obteniene agua desmineralizada, la cual se transporta al tanque de día y al tanque de almacenamiento de agua desmineralizada.

5.3.3 Descripción Operative de la PDM.

El proceso se compone de cuatro estados operativos (figura 5.4):

a) Operación Normal. b) Regeneración. c). Stand-by. d) Operación de Emergencia.

FIGURA 5.4 ESTADOS OPERATIVOS EN UNA PDM

5.7


ETAPAS OPERATIVAS DE LA PDM:

Las etapas operativas del proceso de desmineralización de la PDM, se interrelacionan de la siguiente manera:

Suponiendo que las resinas de los filtros cstiónico, aniónico y el de lecho mixto, están debidamente regeneradas y enjuagadas, de tal manera que los parámetros a controlar estén dentro de los rangos permitidos; el tren de producción entra en servicio (puesta en servicio). Por tanto, e l tren de producción está en operación normal.

El tren puede salir de la etapa de operación normal, por la regeneraci6n de sus resinas, por seguridad o por acción de emergencia.

Cuando alguna de las resinas del tren de producción se agota y requiere regeneración, el tren de producción se va a fuera de servicio (paro normel) y luego entra en la etapa de regeneración de resinas; siguiendo el orden: catión, anión y lecho mixto, para luego realizar una circulación cor ta (catión, desgasificador y anión) y luego una circulación larga (catión, desgasificador, anión y lecho mixto). Dependiendo de las necesidades existentes en ese momento, el tren de producción queda en estado de espera o inicia su operación normal.

Cuando el tren de produccih sale de operación normal por seguridad, simplemente se opera el paro normal y queda en espera, hasta que vuelve a servicio (puesta an servicio).

Cuando el tren sale por emergencia, el proceso queda parado, hasta que se repara la falla y luego se acciona la puesta en servicio.

El estado operativo stand by, se utiliza cuando el tanque día y el tanque de almacenamiento de agua desmineralizada están en su máximo nivel, por Io que la PDM queda en espera de que estos niveles disminuyan y se vuelva a reiniciar la producción de agua desmineralizada.

a). Operación Normal.

En Operación Normal, se produce e l agua desmineralizada, con las condiciones y calidad requerida; se llenan el tanque de día y el tanque de almacenamiento de agua desmineralizada. El proceso permanece en este estado, hasta que los parámetros se salen de los rangos permitidos.

En Operación Normal e l proceso consta de dos etapas: puesta en servicio y paro normal del proceso (fig. 5.5).

FIGURA 5 . 5 ETAPAS DE OPERAClbN NORMAL

5.8


I

Puesta en Servicio:

Para la puesta en servicio de un tren de la Planta Oesmineralizadora, se tienen las siguientes condiciones:

i). Condiciones Previas: . Resinas de los filtros catiónico, aniónico y de lecho mixto regeneradas. . Energizar las bombas de agua cruda, ventiladores de la torre desgasificadora y bombas de agua desgasificada. . Realizar un enjuague preliminar a cada filtro hasta obtener valores de los parámetros a controlar, dentro de

los rangos permitidos de operación. . La recirculación se realiza operando las válvulas solenoide correspondientes a esta maniobra.

11). Servicio: - La puesta en servicio de cada filtro se realiza al concluir la recirculación preliminar y teniendo las condiciones

de operación, dependiendo si está o no en servicio otro tren. . Arrancar ventiladores de la torre desgasificadora. . Arrancar las bombas de agua cruda. . Colocar los interruptores de las válvulas solenoides en posición de servicio (todas desenergizadas). - AI tener nivel en el tanque de oscilación de la torre, arrancar las bombas de agua desgasificada. - Arranque de las bombas de agua desmineralizada.

Paro Normal:

Para ejecutar el Paro Normal de un tren de la PDM, es necesario cumplir con las siguientes condiciones:

i). Condiciones previas: . Filtros catiónico, aniónico y lecho mixto agotados. . Por falla eléctrica. : Por falla de aire de servicios. . Por alto nivel en los tanques de almacenamiento. - Por cualquier falla que necesite mantenimiento la POM o alguno de sus equipos.

iil. Fuera de servicio: . Poner fuera de servicio las bombas de agua cruda. . Poner fuera de servicio las bombas de agua desgasificada. . Poner fuera de servicio los ventiladores de la torre desgasificadora. - Cerrar las válvulas de entrada de aire de servicios a cada filtro. . Cerrar las válvulas manuales de entrada y salida de los filtras catiónico, aniónico y lecho mirto. . Desenergizar todos los motores que intervienen cuando está en servicio la PDM.

Un tren puede salir de operación normal, por la regeneración de sus resinas, por seguridad o por acción del equipo de respaldo. Esta bltima corresponde al estado operativo de emergencia.

CAPITULO 5 PLANTA OESMINEAALIZAOORA

> I

-3 Salida del Tren uor Reasneracibn.

Un tren puede salir de operaci6n para su regeneraci6n cuando existen cambios en los siguientes parámetros: í

i). Para Filtro Catiónico: . Alta conductividad a su salida (90 pmhosi. . Volumen máximo de agua tratada. - Bajo flujo hacia la torre desgasificadora.

ii). Para Filtro Aniónico: . Alta conductividad a la salida (100 pmhosi. . Volumen máximo de agua tratada. . Alto nivel de concentración de sílice a su salida (0.1 ppml

iii). Para Filtro de techo Mixto: . Alta conductividad a la salida (5.5 pmhos). . Alto nivel de Concentración de sílice a la salida.

.r.

9 I

Salida del tren oor Seauridad.

. Alto nivel en los tanques de almacenamiento de agua desmineralizada.

. Baja presión en la entrada de agua cruda.

. No flujo en las bombas de agua cruda.

. No flujo en las bombas de agua desgasificada.

. Por falla total de cualquier conjunto de bombas, de un filtro o equipos auxiliares.

b). Regeneración del Filtros.

La regeneración de las unidades catiónicas, aniónicas o de lecho mixto se realizan independientemente y en forma ordenada. El tren que se va a regenerar debe estar fuera de SeNiciO, es decir con las válvulas de entrada y salida, cerradas.

1 La regeneración se lleva a cabo cuando los filtros de intercambio.iónico.están agotados. El agotamiento de

los filtros puede ser: por alta conductividad; por acidez mineral, por la presencia de dureza en Io cationes, por alta concentración de sílice o por volumen de agua tratada. Reoeneración del Catión: I

Las principales etapas de la regeneración catiónica son: I

I !

6.10 1

PLANTA DESMINERALIZADORA CAPITULO 5 i I

I A INICCCION DE ACID0

FIGURA 5.6 ETAPAS DE LA REGENERACIÓN DEL CATIÓN.

? El retrolawado se realiza con agua cruda, y a contracorriente, el ácido sulfúrico se inyecta al catión a una concentración del 4 %. Para luego realizar el desplazamiento de la solución ácida sobrante en el filtro.

Reoeneracián del Anión:

Las etapas principales de la regeneración aniónica son:

FIGURA 5.7: ETAPAS DE LA AEGENERACI~N DEL ANIÓN.

Reaeneración del Lecho Mixto:

Las etapas principales de la regeneración del lecho mixto son:

5.1 1

PLANTA OESMINERALIZADORA CAPITULO 5

5.4

5.4.1

RE(IUERIMIENT0S Y OBJETIVOS DE CONTROL DE LA PDM.

La Planta Oesmineralizadora como un Proceso Batch. .

En el proceso de desmineralización de la PDM, existe una combinación de operaciones lógico-secuenciales y operaciones continuas.

El proceso de la PDM utiliza operación secuencia1 en el inicio y paro normal del proceso, en el inicio y fin de cada una de las suboperaciones de la regeneración de los' filtros del tren, al inicio y paro de las funciones de control continuo como en la habilitación y deshabilitación del lazo de control de temperatura, en la transferencia del producto de una unidad a otra, etc.

La operación continua se utiliza en la operación normal de producción, en periodos limitados de tiempo de las suboperaciones de regeneración, en la regulación de la temperatura de la sosa y en otras variables del proceso tales como presión, flujo o nivel.

Tomando en cuenta estas caracteristicas del proceso de tratamiento de desmineralización del agua en la Planta Desmineralizadora. se dice que es un proceso del tipo BATCH. Su clasificación, estrictamente, es la de un proceso de un solo producto, pero de muchos procedimientos; y en su estructura física, es clasificado como un proceso de estructura serie.

5.4.2 Definición del Problema de Control.

Se requiere realizar un control estricto de la calidad del agua en ciclo, con la finalidad de eliminar al máximo las impurezas, las cuales generan problemas de corrosión e incrustación que provocan fallas tanto en el generador de vapor como en los sistemas pre y postcaldera.

La eliminación de impurezas, proporciona agua más pura y en consecuencia vapor más puro, que conservará de mejor manera el balance térmico de la unidad, prolongando la vida Útil del generador de vapor y la turbina.

Para este fin, se requiere un sistema de control automático que asegure el funcionamiento continuo y confiable de la planta desmineralizadora. Para lograr esto, es necesario que el sistema de control automático contenga rutinas de control Iógicosecuencial y control regulatorio, que son las funciones básicas para automatizar a un proceso batch como la Planta Desmineralizadora de una Central Termoeléctrica.

5.4.3 Requerimientos de Control.

Para automatizar la Planta Desmineralizadora es necesario contar con los siguientes requerimientos de control:

- Estricto control de la pureza y calidad del agua de repuesto al ciclo agua-vapor. . Disminuir e l arrastre de sólidos al interior de los tubos de la caldera.

5.13

CAPITULO 5 U N T A OESMINERALIZAWRA

. Eliminar los errores de los operadores.

. Seguridad para los equipos del proceso.

. Equipo de respaldo en caso de fallas.

. Automatizeci6n de todas les operaciones de la PDM. ~ Operación automática y semiautomática. . Mayor seguridad en las funciones de regulación y en las funciones secuenciales. . Supervisión del proceso. . Monitorear el agua de repuesto al ciclo agua-vapor. . Despliegue continuo de los parámetros principales (estado de las señales). . Seguimiento específico y controlado de las operaciones lógicasecuencialas. . Registro y reconocimiento de parámetros. . Ordenes de control por comandos del operador.

5.4.4 Determinación de los Objetivos de Control.

Obietivo Global.

Establecer y ejecutar las acciones de control Iógicasecuencial y las acciones de control regulatorio (algoritmos de control) para la actualizaci6n de las señales de control y el monitoreo de variables, para la automatización de la Planta Desmineralizadora de una Central Termoeléctrica.

Obiet ivor Eroecfficos.

Obtener una pureza del agua con las siguientes características:

Conductividad ........ < 2pmhos. Sílice ........ < 0.008 ppm PH Dureza Sólidos totales disueltos ........ - 0.05 mg/lt

a)

........ - 7 - 0 ........

b) Automatizar e l proceso de producción, de tal manera que el operador únicamente dé el inicio del proceso de producción y el sistema de control pueda operar y coordinar los procesos.

El sistema de producción podrá operarse en forma automática y semiautomática.

Se manejará un volumen de agua (capacidad) por tren de producción de 3.5 % de la cantidad total que se maneja en una CTE.

Mantener el nivel adecuado del tanque de almacenamiento de agua desmineralirada (tanque de agua condensada al 100 %).

c)

d)

e)

5.14

CAPITULO 5 PLANTA DESMINERAUZADORA

Mantener los trenes de producci6n siempre disponibles, regenerándolos cuando se agoten.

Vigilar y mantener disponibles los sistemas relacionados, tales como: . Disponibilidad de pozos. . Nivel de agua cruda. . Existencia de agentes regenerantes. . Nivel del tanque de día de agua desmineralizada. . Temperatura adecuada de la sosa calstica.

Mantener el punto de ajuste de la temperatura de la sosa: 45%.

Disparar el tren agotado cuando la conductividad a la salida del filtro de lecho mixto sea mayor de 5.4 mhos.

Automatizar los 4 estados operativos del proceso: Operación Normal, Regeneración, Stand-by y Operación de Emergencia. Coordinar las etapas del procesos de producción.

Monitorear las variables más importantes: Conductividad, pH, volumen tratado de agua, temperatura de la sosa, y la indicación del estado operativo del proceso.

Establecer los tiempos de cada una de las secuencias de control.

Eliminar los errores generados por los operadores y la dependencia que tiene el proceso de la experiencia del operador.

Establecer criterios y condiciones de seguridad en las funciones de regulación y las secuenciales para proteger al proceso y llevarlo a estados estables en casos de emergencia.

Crear las recetas para el buen funcionamiento automático y semiautomático del proceso.

5.4.5 lazos de Control.

La Plante Desmineralizadora necesita lazos de control o de regulación en 4 señales analógicas, las cuales son las siguientes:

a). Temperatura del hidróxido de sodio. b). Dilución del ácido sulfúrico, utilizado en la regeneración de cationes. c). Dilución del hidróxido de sodio, utilizado en la regeneración de aniones; y d. pH en el tanque de neutralización.

5.15

FlANTA OESMINERALüAüORA CAPITULO 5

u El Control de le temperatura del hidróxido de sodio, se realizará por medio del flujo del vapor que será

manipulado por la válvula 1AV. El objetivo es mantener al hidróxido de sodio a una temperatura de 45 OC, para evitar su cristalizeción.

Estructura de Control:

Variable Controlada :

Variable Medida : Variable Manipulada : Perturbación

Temperatura del hidróxido de sodio después del serpentín (A1047S,'), a 45' centígrados. Temperatura de la sosa después del serpentín iA1047S2). Flujo de Vapor antes del serpentín (L2041S2) por medio de la válvula IAV. Temperatura del flujo de agua desmineralizada antes del serpentin (L2O24S2), con la válvula 4ARC.

b¡. Lazo de Control oara la Oilución del ácido sulfúrico, utilizado en la reaeneración del Lecho Mixto.

En este lazo el objetivo es diluir el ácido sulfúrico para obtener una concentración al 4 %. Las válvulas l l M A D y 12MAD controlan el flujo de agua desmineralizada que diluirá al ácido sulfúrico, heste alcanzar la concentración deseada. La variable medida, se obtiene con un densímetro; por lo cual se realize un cálculo para obtener le concentración proporcional a esa densidad.


Variable Controlada : Concentración del Acido Sulfúrico (AlOOlH,) al 4 %, igual a una densidad de 1.025.

Variable Medida : Densidad del Acido Sulfúrico (AlOOlH,). Variable Manipulada :

Perturbación

Flujo de agua desmineralizada de dilución del ácido regenarante del techo Mixto (A201 1D2L par medio de válvulas 11 MAD y 12MAD. Flujo de ácido (t2008H2), con la válvula 8MRA.

cl. Lazo de Control Rara le Diluci6n del hidr6xido de sodio, utilizado en la reaeneración de aniones,

El objetivo es diluir el hidróxido de sodio y obtener una concentración al 4 %. Las válvulas 7MA0 y EMAO controlan el flujo de agua desmineralizada que diluirá al hidróxido de sodio, hasta alcanzar la concentración deseada. La variable medida, se obtiene con un densímetro; por Io cual se realiza un cálculo para obtener la concentraci6n proporcional a esa densidad.

~~ ~ ' W n i c o da la señal. La nmncla tura de esta mnem6nico sa detalla an nl +dice A del reporto h l de arSii0 dsl SCB 15.61.

5.16

PLANTA OESMWERALIZAOORA CAPITULO 6


Variable Controlada :

Variable Medida : Oensidad del Hidróxido de Sodio (AlOOlS,). Variable Manipulada :

Perturbacián

Concentración del Hidróxido de Sodio al 4 % (AlOOlS,). igual a una densidad de 1.043.

Flujo de Agua Oe$mineralizada de dilución del hidróxido de sodio regenerante del lecho Mixto (A20070,), por medio de las válvulas 7MAO y 8MAD. Flujo da Hidróxido de Sodio (L2O08S2), con la válvula 8MRC.

di. Lazo de Control Dala e l OH en el tanaue de neutralización.

Se controla (manipula) el flujo de ácido, para contrarrestar la acidez de la solución y de esta manera controlar el pH de la fosa de Neutralización.


Variable Controlada : pH en línea de circulación de la fosa de Neutralización (A1002N). Variable Medida : pH en línea de circulación de la fosa de Neutralización íA1002N). Variable Manipulada : Flujo de ácido (A2002N). Perturbación Flujo de álcalis (L2007N).

En un proceso real las mediciones de Temperatura y de pH, se realizan en forma directa; la concentración del ácido y la sosa, se determinan por la relación proporcional con la densidad, medida directamente con un densímetro.

5.5 AUTOMATIZACION DE LA PDM I5.51.

Para automatizar la Planta Oesmineralizadora se utilizarán 161 SEAALES BINARIAS y 28 SEÑALES ANALÓGICAS, conformadas de la manera siguiente:

131 Sehales binarias de mando. * 30

28 Senales analógicas de adquisición (lectura de variables). Señales binarias de adquisición (estados lógicos de los dispositivos.

Las secuencias de operación para automatizar a la Planta Oesmineralizadora, se detallan en un reporte final del proyecto de tesis f5.61. En ese documento se presentan las secuencias de operación como las figuras que muestran a cada una de las etapas del proceso de desmineralización. Esta guía de secuencias, se basan en los cuatro estados operativos del proceso: Operación Normal, Regeneración de Resinas, Stand - by y Emergencia.

5.17

CAPITULO 5 PLANTA OESMlNERALlZAOORA

2 6 REFERENCIAS.

i5.11

i5.21

15.31

15.41

i5.51

I561

Central Escuela de Celaya, Gerencia de Generación y Transmisión; "INTRODUCCION A LAS CENTRALES TERMOELECTRICAS". Marzo 85.

Bourguet O., Rafael E.; "CONTROLADOR AUTOSINTONIZABLE DE LA TEMPERATURA DE VAPOR DE UNA UNIDAD TERMOELECTRICA. tesis de Maestría en Ciencias; IIE . Instituto Tecnológico de la laguna, Torreón Coah., MBxico. Agosto 1989.

Aguilar Rodriguez, Martiniano; "CRITERIOS DE OiSEffiO DE PLANTAS TERMOELECTRICAS", Editorial Limusa, Edición 81.

"MANUAL QUlMlCO DE TRATAMIENTO DE AGUA, DE LA PLANTA DESMINERALIZADORA, DE LA CENTRAL TERMOELECTRICA EL SAUZ".

"CURSO DE ACTUALIZACIDN AUXILIAR DE OPERACION QUIMICA (Operación de la Planta Oesmineralizadora Unidad 5; Departamento de Capacitación Tula; Central Termoeléctrica "Francisco Pérez Rios; Tula, Hidalgo.

Mundo M., José A., * i ~ ~ ~ ~ Ñ ~ Y CONFIGURACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB), hardware y software". Reporte Final, IIE, Departamento de Automatización de Procesos; Diciembre de 1993.

5-18

CAPITULO 6

6.1 INTRODUCCION.

En este capítulo se describe la metodología que se utilizó para validar al SCB. Para esto, está estructurado en dos partes: primeramente se realiza una descripción general del simulador SIMPOM, que se utilizó. como instrumento pera validar en tiempo real al SCB; la segunda parte, 'detalla la metodologia de validación, las pruebas y los resultados obtenidos. . . . - _ -e

l as verificaciones de las acciones de control de un sistema programático de control, puede ser tedioso y puede consumir mucho tiempo. 'Relativamente, simples cambios en el programa de control pueden tomar tremendas cantidades de tiempo para probar y validarlos, especialmente cuando está involucrado el control regulatorio L6.11. Para eveluar, verificar, reducir el tiempo de verificación y garantizar la calidad y funcionalidad del programa de control se disefió el Simulador de la Planta Oesmineralizadora (SIMPDML el cual es un simulador híbrido, ya que está compuesto de software (señales lógicas) y de hardware (Amplificadores Operacionales) que representa a las variables analógicas.

.~.

6.2 SIMULADOR DE LA POM.

El simulador de la Planta Oesmineralizadora (SIMPOM), involucra so f tware que simula de manera lógica, el proceso de desmineralización (operación normal, regeneración del lecho mixto, estados de emergencia y stand by) y hardware que representa a algunas variables analógicas del proceso. El software presenta el estado-del proceso, despliega en pantalla las acciones ejercidas por el sistema de control batch, así como también a las variables lógicas (nivel de tanques) y manipula las entradas y salidas lógicas y analógicas de las tarjetas de adquisición RTI-815. Por Io que respecta al hardware, éste está formado por modelos matemáticos basados en ecuaciones diferenciales, implementados en circuitos desarrollados con amplificadores operacionales.

El software y el hardware del Simulador SIMPOM se interfazarán, interconectándose a través de los canales de entrada y salida analógica (adquisición y envio) del controlador pMAC-6000. Los valores de las variables analógicas se desplegarán en pantalla en la estación del Simulador.

El SIMPOM está disetiado de ta l forma que cumple con una metodología de simulación, presentando facilidad de uso y flexibilidad i6.11.

El Simulador tendrá interfaz con el sistema de control bajo prueba, por medio del uso de las tarjetas de adquisición RTI-815, permitiéndole al sistema de control BATCH ejecutarlo y comandarlo.

SIMPOM presenta facilidad de uso, debido a que es una extensión (independiente) del lenguaje de control del

6.1

VALIDACION DEL SCB CAPITULO e

SCB y podría facilitar cualquier carga impuesta en la aplicación del usuario. Debido a que el Simulador y el SCB tienen una referancia común para cada variable en el proceso, el esfuerzo requerido para la aplicaci6n del usuario durante la vdidaci6n. es grandemente reducido. Está escrito de tal manera, que da al usuario la libartad para desarrollar programas de prueba que son similares a la estructura del programa de aplicación; de manera que si se realiza un cambio an el programa de control, un cambio similar podria hacerse en el programa de pruebas.

Otra ds las características es su flexibilidad para disetiar diferentes tipos de pruebas, con diferentes condiciones cada una de ellas. La introducción de los datos de las pruebas disetiadas se realizará en formato ASCII; y la información generada se guardará en archivos; de tal manera que se pueden crear muchas pruebas, almacenarlas y, en cuando se realiza alguna aplicación, se selecciona cualquiera de esas pruebas, para validar al sistema de control batch.

l as ventajas importantes que posee SIMPOM, son las siguientes:

- Preciso y eficiente para validar le funcionalidad del programa de control. . Es un instrumento a través del cual se verifica el cumplimiento de las especificaciones del programa de

control. . Puede ser usado sin estar conectadas todas las entradas y salidas con el sistema de control. . Recibe y procesa todas las entradas provenientes del programa de control (señales da envio de éste), el

cual permite el desarrollo y realce de éstas. . La validación puede ser realizada con seguridad y sin riesgo para el personal, equipo o al producto. . Presenta el astado del proceso, desplegando las acciones que realiza el sistema de control batch. . Presenta el estado del proceso, desplegando las variables tanto analógicas como a las 16gicas.

8.2.1 Sof tware del Simulador.

La parte "software" del Simulador de la Planta Desmineraliradora, se codificó, compiló y ligó en base al lenguaje de programacibn "TURBO C".

SIMPOM tiene en su menú principal, las opciones de creación de las pruebas y la de selección de la prueba a ejecutar. Cuanta además, con los módulos necesarios para el desarrollo y carga de nuevas pruebas de simulación del proceso de la POM, creadas fuera de línea. La introducción de los datos para la creación de una prueba, se realiza en formato ASCII. Estas pruebas se realizarán con el Único objetivo de validar al sistema de control batch.

SIMPOM está formado por dos programas: El programa manejador de las tarjetas de adquisición de datos RTI-815 y el programa simulador del proceso. La función del programa de las RTI-815, es tener interfaz entre el simulador del proceso y el sistema digitalpMAC-6000, de tal manera que exista intercambio de información entre éstos. El programa del simulador, representa de una manera lógica al proceso de la Planta Oesmineralizadora.

La codificación del programa simulador está basada principalmente'en declaraciones do . whib, y en declaraciones condicionales if . else.

CAPINLO 6 VALlDAClON DEL SCB - A-

x Ld'figura 6.1 a y b, muestra el diagrama de flujo del simulador de la Planta Desmineralizadora. La arquitectura complata del simulador SIMPDM, se detalla en el reporte final del proyecto de tesis I6.21.

>i

FIGURA 6.1 (a): DIAGRAMA DE FLUJO DEL SIMULADOR DE LA KIM (prinefa pami).

6.3

VALIDACION DEL SCB CAPITULO E

I I S

23 FIGURA 6.1 Ib): DIAGRAMA DE FLUJO OEL SIMULADOR DE LA POM laegunda panel.

CAPITULO B VALIOACION DEL SCB

8.2.2 Hardware del Sisiama Simulador.

El hardware, es una representación práctica por medio de circuitos analógicos implementados con amplificadores operacionales, de las variables analágicas en las que se requiere ejercer control. La miplementación de los circuitos, se realiza fundamentándose en las ecuaciones diferenciales.

Las ecuaciones diferenciales (a las que llamaremos modelos), que representarán a las seiiales analógicas, no son exactamente reales, es decir, los parámetros de los modelos no son reales, sin embargo proporcionan la tendencia del modelo real de la variable representada. Esta posición, se debe a que el objetivo del simulador SIMPDM, es simplemente la de validar al sistema de control batch, y no la de desarrollar y aplicar un modelo matemático que represente el comportamiento dinámico de la Planta Desmineralizadora.

La selección de los modelos a utilizar, que representarán a cada una de las variables analógicas, .m efectúa tomando en cuenta los antecedentes sobre la clase de modelos que se pueden utilizar.

Modelos' e Implementeción Física de les variables Analógicas.

a). La temperatura del hidróxido de sodio, estará representada por el modelo matemático de 20. orden:

d2 d - VO+ O . O 3 3 3 1 2 - VO+ d t 2 d t

O . OOOi92654Vo = O . 0 0 0 1 9 2 6 5 4 V i

cuyos parámetros son:

Constante de Tiempo:

Frecuencia Natural: w n - 0.01388 Tiempo de Establecimiento: t s - 240.0 segundos,

6- 60.0 segundos. Factor de Amortiguamiento: Psi - 1.2

' La abtsndbn de los modelas se detalla en el a p b d i c a A dol raparte final de disefio del SCB 16.21.

6.5

VALIDACION DEL SCB CAPITULO 6

b). La densidad del ácido sulfúrico o la densidad del hidróxido de redio, estará representada por e l modelo matemático de 20. orden:

d 2 d d t 2 d t -VO+O.066668-V0+

0,002267664V0 = O . 002267664Vi

cuyos parámatros son:

Constante de Tiempo: 6 - 30 segundos.

Frecuencia Natural: wn - 0.04762 Tiempo de Establecimiento:

Factor de Amortiguamiento: Psi - 0.7

ts - 120 segundos.

c). El pH en la recirculación del tengue de IUeutralizaciÓn, estará representada por el siguiente modelo matemático de ler. orden (el modelo real del pH es no lineal, pero para validar al SCB, se usó una ecuación lineal):

io - d Vo+Vo=Vi dt

sus parámetros son:

Constante de Tiempo: 6 - 10 segundos.

Tiempo de Establecimiento: ts - 40 segundos. Ganancia: k - 1

VALIDACION DEL SCB CAPINLO E

Leves da Control.

Debido a que no se busca un controlador estrictamente a la medida para cada una de las variables, los criterios para elegir el tipo de controlador, se realizarán tomando en cuenta criterios empíricos generales con bases en la literatura I6.31. Además, en las pruebas que se le impondrán al sistema de control batch, se tiene la alternativa de realizar la aplicación de los cuatro controladores convencionales, en cada uno de los lazos de control, para de esta manera comprobar la versatilidad y efectividad del sistema.

La sintonización de los parámetros de cada uno de los controladores se realizará a prueba y error.

a). Controlador para la Temperatura del Hidróxido de Sodio:

Para el control de temperatura del hidróxido de sodio, se puede utilizar un control de lazo cerrado que asocia un algoritmo de control PI0 con la señal de error, producida entre la variable medida (temperatura) y el punto de operación deseado (señal de referencia); la cual abrirá o cerrará la válvula IAV, para reducir e l error a cero.

El criterio, de utilizar un controlador PID, se basa en que el PI0 se utiliza en donde las dinámicas dominantes en los modelos, son de 20. orden I6.31; y por otra parte, la temperatura es una variable que tiene una, constante de tiempo muy grande, su dinámica es muy lenta, por Io que el controlador que mejor puede ajustar el valor al de referencia es el controlador PID.

b). Controlador para la Densidad del Acido Sulfúrico o la Densidad del Hidróxido de Sodio:

Para el control de la densidad, se puede utilizar un control de lazo cerrado que asocia un algoritmo de control PI con la señal de error, producida entre la variable medida (densidad) y el punto de operación deseado (señal de referencia); la cual abrirá o cerrará las válvulas l l M A D y 12MAD (7MAD y 8MAD para el hidróxido de sodio), y reducir la señal de error a cero.

c). Controlador para el pH en al Tanque da Meutralización:

Para el control del pH, se puede utilizar un control de lazo cerrado que asocia un algoritmo de control P con la sehal de error, producida entre la variable medida (pH) y el punto de operación deseado (señal de referencia). Por medio del control proporcional, se abrirá o cerrará la válvula (A2002N). para reducir ese error ’ a cero.

CAPITULO 8 VALiOAClON DEL SCB

6.2.3 Arreglo Experimental SCB . SIMPDM.

La interfaz entre el Sistema de Control Batch y el Simulador de la Planta Desmineralizadora, se realiza a través del módulo de E/S del sistema pMAC.6000 y las tarjetas RT1.815. La figura 6.2 muestra el arreglo experimental.

I”

------- ------.u

S I M P D M

ELSE PRiNTF ZZZ IF YYY THEN ZZZ ELSE E NTDiG IF ENTDIG THEN ...

FIGURA 6.2 PLATAFORMA FISICA PARA LAS PRUEBAS FUNCIONALES

Debido a la compatibilidad existente entre las senales lógicas del módulo de EIS del sistema pMAC-6000 y las tarjetas RTI-815, la conección se realiza en forma directa; el voltage de operación será de O a 5 volts cd. La conección entre las señales analógicas de entrada a pMAC.6000 y de salida de RTI.815 también se realiza en forma directa, siendo el voltage de operación de O a 10 volts de cd. Debido a que los canales de salida analógica utilizados en p M A C están configurados como salidas de corriente directa de 4 a 20 mA o de O a 20 mA, y las entradas de las RTI son de O a 10 volts cd; se utilizará una resistencia de 500 ohms, para acoplar p M A C con RTI. Oespués de la resistencia, se conecta el circuito que representar4 a la variable a controlar.

CAPITULO 6 VALIOACION DEL SCB

La figura 6.3, muestra las conecciones en detalle entre el m6dulo de EIS de pMAC-6000 y las dos tarjetas RTI-815 (estas tarjetas limitan el número de señales (del proceso), que manejará el SCB. Para la interfaz SCB- PDM, están disponibles 16 señales binarias de mando, 16 señales binarias de adquisicibn, 4 seiiales de adquisici6n anai6gica y 16 señales analógicas de entrada:

Salidas TARJETAS RTI- 815 o Entradas

I ' ' I

FIGURA 6.3 Id. INTERFA2 SENALES LOGICAS OE SCB Y SIMPOM. Ibl. INTEAFAZ: SEÜAlES ANALOGICAS OE SCB Y SIMPOM

CAPITULO E VALiOACiON DEL SCB

6.3 VALIOACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH.

6.3.1 Objetivo y Características de les Pruebas 16.41.

Una estrategia de prueba de software integra las técnicas de diseno de casos de prueba en una serie de pasos bien planificados que llevan a la construcción correcta del software. Una estrategia de prueba debe incorporar la planificación de la prueba, el diseno de casos de prueba, la ejecución de pruebas y la recolección y evaluación de los datos resultantes L6.41.

La prueba de software es un elemento crítico, cuyo obietivo principal es la precisa y eficiente verificación estructural y validación funcional de la operatividad del sistema programático, de acuerdo con las especificaciones, el diseno y la codificación, con el f in de detectar un error no descubiero hasta entonces, de tal manera que se garantice la calidad del software.

Existen dos categorías de pruebas: la prueba estructural o prueba da la caja blanca y la prueba funcional o prueba de la caja negra.

La prueba estructural requiere de un conocimiento detallado de la estructura y codificación del software de tal manera que las pruebas aseguren que "todas las piezas encajan"; o sea, que la operación interna se ajusta a las especificaciones y que todos los componentes internos se han comprobado de forma adecuada.

Las pruebas funcionales se refieren a las pruebas que se llevan a cabo sobre la interfaz del software. Estas pruebas pretenden demostrar que las funciones del software son operativas, que la entrada se acepta de forma adecuada y que se produce una salida correcta, así como que la integridad de la información externa (ejem; archivos de datos) sa mantiene.

La estrategia utilizada para la prueba del sistema prográmatico del SCB, primeramente realiza la prueba estructural que se centra en la codificación; luego la prueba de integración, donde el foco de atención es la unión y ensamblado de los subsistemas del software; después se validan los requerimientos establecidos y finalmente se aplica la prueba del sistema que verifica que cada elemento encaja en forma adecuada y que se alcanza la funcionalidad del sistema total.

6.3.2 Procedimientos de Prueba para el SCB.

La PRUEBA ESTRUCTURAL del Sistema Programático del Control Batch, se basó en el examen minucioso de los detalles procedimentales. Se aplicó la técnica de prueba del camino básico, la cual permitió probar los caminos lógicos de ejecución del software. Se ejercitaron conjuntos específicos de condiciones ylo bucles. Se ejercitaron por Io menos una vez los caminos independientes de cada módulo y las decisiones lógicas en sus caras verdadera y falsa; se ejecutaron los bucles en sus límites operacionales; y se ejercitaron las estructuras internas de datos para asegurar su validez. Para el seguimiento de los caminos lógicos del software se examinó el "estado

6-10

VALIOACION DEL SCB CAPITULO 6

del programa" en varios puntos, mediante al despliegue de mensajes an pantalla para determinar si el estado real coincidía con el esperado.

La integración del SCB, se ejecutó de Is siguiente manera: se integraron los módulos de los dos subsistemas del SCB, el supervisor y el controlador. Se verificó el funcionamiento de cada uno de ellos, an forms individual, probando cada una de sus opciones.

En el siguiente paso de integración, se realizó la unión de los dos subsistemas: supervisor-controlador. Se realizaron pruebas de transferencia de información entre la estación del operador y la del controlador mediante el serial RS-232 y entre el supervisor y el controlador, por medio de la interfase serial RS-485 y su protocolo de comunicaciones (tarjeta OS-301). Se diseñaron recetas pequeñas (partes de una receta, similar a la detallada en la sección 6.3.3). para probar el funcionamiento integrado del SCB. Se utilizaron tres tipos de prueba mediante recetas: recetas diseñadas para probar solamente el intérprete de secuencias, recetas diseñadas para probar exclusivamente las seiiales analógicas y recetas diseñadas que combinaron el manejo de señales lógicas como el de las analógicas.

La PRUEBA FUNCIONAL para val idar al sistema programático del contro l Batch, se realizó con el fin de encontrar errores en las siguientes categorías: errores de interfaz, errores en estructuras de datos o en accesos de base de datos externas, errores de inicialización y de terminación y en las funciones incorrectas o ausentas.

La validación del sistema de control Batch, comprobará que "el sistema haca Io que supuestamanta debe de hacer".

Debido a que mucho de la documentación de validación es naturalmente producida durante al ciclo del proyecto, los esfuerzos de validación se percibieron como una oportunidad para mejorar más que una tarea.

Para la aplicación de las pruebas funcionales de validación, se utilizó el Simulador de la Planta D m i n e r a l i z a d o r a (SIMPOM); SIMPOM es el instrumento de validación para el sistema programático del Sistema de Control Batch. El objetivo de SIMPDM es el de diseñar y aplicar pruebas que sistemáticamente validen las acciones de control y el sistema de adquisición de datos del SCB, demostrando hasta que punto las funciones del software del SCB, parecen funcionar de acuerdo con las especificaciones.

Dado a que la prueba de software a menudo se lleva hasta el 40% del esfuerzo total de un proyecto de desarrollo de software i6.41, SIMPDM se diseño como herramienta del tipo generador de archivos de datos de prueba; de ta l forma que se generarán archivos de datos con valores predeterminados definiendo el comportamiento del sistema programático de SIMPDM de una manera determinada. Para esto SIMPDM posea un editor de pruebas, en el que a través de plantillas captoras de datos, éstos son introducidos por el usuario. Se establecerá el tiempo en que se desea realizar la prueba, los niveles de cada uno de los tanques de día y almacenamiento del proceso, los estados lógicos de los dispositivos y los valores de cada una de las variables que intervienen en el proceso de la PDM. Los datos introducidos, son los que prefijarán el comportamiento minuto a minuto del proceso de desmineralizacián. Además algunos datos tendrán valores que pongan a prueba la versatilidAd del SCB. Estos datos podrán contener valores límites, valores excedidos superior e inferiormente (fuera de rango), etc.

6.11

VALIDACION ML SCB CAPITULO 6

Una vez generados los archivos de prueba de SIMPDM, junto con las recetas ya creadas; se ejecuta al SIMPOM; se habilite la transferencia del programa de aplicación BATCTRL, de la estación del operador a la estación de control; para luego ejecutar la transferencia de los datos de receta de la estación del supervisor (BATCSUP), hacia el sistema de recepción de datos de BATCTRL en la estación de control, e inmediatamente el SCB controlará al proceso de la Planta Desmineralizadora (proceso simulado en SIMPDM).

En la sección 6.3.4 se detallan la pruebas funcionales a las que fué sometido el SCB y en el apéndice B se detalla el procedimiento de aplicación del SCB para controlar el funcionamiento de un proceso.

83.3 DiSrtia de Recetas.

Para la ejecución de las pruebas funcionales del SCB, se diseñaron recetas, las cuales definen los procedimientos y secuencias a seguir para controlar el proceso de SIMPDM (el simulador va a funcionar según los comandos que reciba del SCB, y los valores predeterminados de sus archivos de prueba generados previamente).

La creación de las recetas se realiza mediante la opción de edición de recetas del SCB. Los datos de receta son introducidos en formato ASCII y se guardan en archivos de datos. Se pueden crear varias recetas y guardarlas en los archivos de tablas de datos. La capacidad de almacenamiento de recetas del editor de pruebas del simulador, dependerá de la capacidad de almacenamiento de la computadora del supervisor; de estas pruebas creadas, se seleccionará la que se va a aplicar al SCB.

Los datos siguientes, mostrarán una receta diseñada y utilizada para controlar el proceso de la Planta Desmineralizadora. La receta, primeramente es un diseño de escritorio, se diseña en papel, para luego servir como guía para crear la receta en el sistema SCB, mediante el editor de recetas.

,

6.12

VALlDAClON DEL 868 CAPITULO E

a). Número de Fases b). Nombra de las Fases

RECETA No. 1: (para la Prueba No. 1)

3. Operación Normal. Regeneracibn. Stand-By.

c). Número y Nombre da las Subfaoas:

Fase No. de Subfases Nombre de las Subfases

Operación Producción de Agua Pura. Normal 5 Trasiego Agua Desmineralizada

Arranque Normal.

Paro Trasiego Agua Desmineralizada. Paro Normal.

Regeneración L. Mixto

Stand-By

14

2

Retrolavado. Espera. Inyección de ácido y sosa. Desplazamiento. Orenado parcial. Inyección de aire. Llenada. Recirculación Corta. Recirculación Larga. Paro de Regeneración. Trasiego de ácido. Parar trasiego de ácida. Trasiego de sosa. Parar trasiego de sosa.

Tiempo de espera del proceso Continuar el proceso.

di. Procedimiento General de la Receta:

1).

2).

Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si el nivel es bajo o mínimo (L50040,-0), ir al paso 3. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar Nivel del tanque de almacenamiento de agua desmineralizada; si el nivel 8s alto o máximo (L5004D, - 1), ir al paso 1 4 Stand - By. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

6-13


3). Verificar la Conductividad del Catión (A1002C); si la conductividad es mayor que 7.5 pmhos (75 Dmhos en proceso real) ir a l paso 11: Regeneración, si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar la Conductividad del l echo Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1, mayor que 3 pmhos (0.3 pmhos en proceso real) ir a l paso 11: Regeneración, si no se cumple esta condición, ir al siguiente

4).

5). 6).

7).

81.

9).

1 O).

11). 12).

13).

14). 15).

161.

17).

paso. Ejecutar la fase: OPERACION NORMAL. AI terminar estas secuencias, ir ai siguiente paso. Verificar la Conductividad del Catión (A1002C); si la conductividad es mayor que 9 pmhos (90 m h o s ) ir a l paso 11: Regeneración, si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar la Conductividad del l echo Mixto; si la conductividad es alta 15005L-1. mayor que 5 pmhos (0.5 pmhos) ir a l paso 11: Regeneración. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar el Volumen de Agua Tratada (AlOOBCR); si el volumen de agua es mayor que 9 cm3 (l8Om' en proceso real), ir al paso .11: Regeneración. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar Nivel del tanque de Dia de,Agua Oesmineralizada, si el nivel es bajo o mínimo (L50040,-0), ir a l paso 3. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si e l nivel es alto o máximo (L50040,-1). ir a l paso 14 Stand By. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la fase: REGENERACION. n? terminar estas secuencias, ir al siguiente paso. Verificar Nivel del tanque de Día de Agua Desmineralizada, si el nivel es bajo o mínimo (150040,-0), N a l paso 3. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. V.erificar el Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si e l nivel es mínimo o bajo (L5004D1-0), ir a l peso 3. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la fase: STAND BY. AI terminar estas secuencias, ir al siguiente paso. Verificar Nivel del tanquede Oía de Agua Desmineralizada, si el nivel es bajo o mínimo (L50040,-0), ir a l paso 3. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Oesmineralizada; si el nivel es alto o máximo íL50040,- 1). ir a l paso 14. Si no se cumple esta'condición, ir al siguiente paso. Verificar e l Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Oesmineralizada; si el nivel as bajo o minimo (L5004D,=O), ir a l paso 3.

dl). Procedimiento de la fase "Operación Normal": 1). 2).

3).

4).

Ejecutar la SUBFASE: Arranque Normal del Proceso. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar l a SUBFASE: Producción de Agua Desmineralirada. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar Nivel del tanque de dia de agua desmineralizada; si el nivel es alto o máximo (150040,- 11, ir al paso 7. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar la Conductividad del Catión (A1002C); si la conductividad es mayor que 9 m h o s (80 pmhos en proceso real) ir al paso 15 Paro Normal (y luego ir al procedimiento general, a la etapa de regeneración del Lecho Mixto). Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar la Conductividad del l echo Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1, mayor que 5 pmhos (0.5 pmhos en proceso real) ir a l paso 15: Paro Normal (e ir al procedimiento general a la etapa da regeneración de Lecho Mixto. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

5).

6 14

VALlDAClON OEL SCE CAPITULO 6

6). Verificar e l Voluman da Agua Tratada (AlOOECR); si el volumen de agua es mayor que 9 cm3), ir al paso 1 5 Paro Normal (e ir al procedimiento general a la etapa de regeneración del Lecho Mixto). Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

7). Verificar e l Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si e l nivel es máximo o alto (L5004O1-1), ir al paso 13. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

8). Verificar Nivel del tanque de dla de agua desmineralizada; si el nivel es mínimo o bajo (L50040,-0), ir al paso 4 . Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

9). Ejecutar la SUBFASE Trasiego de Agua Desminaralizada. AI terminar la subfase ir al siguiente paso. 10). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si e l nivel es mínimo o bajo (150040,-0), ir

al paso 12:. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 11). Verificar Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si el nivel es bajo o mínimo

(L5004D1-0), Ir al paso 4. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 12). Ejecutar la SUBFASE Paro da Trasiego de Agua Desmineralhada. AI terminar esta operación ir al

siguiente paso. 13). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralirada; si e l nivel es mínimo o bajo (L5004DZ-0), ir

al paso 4 . Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 14). Verificar Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si e l nivel es bajo o mínimo

(L5004D1-0), Ir al paso 4. Si no se cumple esta condición, ir a l siguiente paso. 15). Ejecutar la SUBFASE Paro Normal del Proceso. Termina este subprocedimiento (FIN).

d2). Procedimiento de la fase "Regeneración del Lecho Mixto": 1).

21.

3).

Verificar el Nivel del Tanque Día de Acido; si el nivel es mínimo o bajo (L5001H2-D), ir al paso 1 6 Trasiego de ácido. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Verificar e l Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es mínimo o bajo (L5001S2-O), ir al paso 20: Trasiego da.Sosa. Si no se cumple esta condición, ir a l siguiente paso. Verificar la Conductividad del Lechti Mixto; si la conductividad es baja L5005L-O menor que 0.2 ,mhos (2 ,mhos), ir al paso 23, y termina este subprocedimiento. Luego ir al procedimiento general. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Retrolavado. Ouración - 2 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Espera. Tiempo de duración - 1 minuto. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Inyección de ácido y sosa. Tiempo de duración - 7 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Desplazamiento. Duración - 2 min. AI terminar la subfase, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Drenado Parcial. Tiempo de duración- 2 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Inyección da aire. Tiempo de duración - 2 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Llenado. Duración - 2 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Recirculación Corta. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

" .

41.

51.

61.

7). 8).

91.

10). 11).

VALIOACION OEL SCB CAPITULO 6

12).

13). 14).

15).

16). 17).

18). 19).

20). 21).

22). 23).

Verificar la Conductividad del catión; si la conductividad es alta L5002C-1 mayor que 6 pmhos (60 pmhos), permanecer en esta condición, hasta que suceda lo contrario. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE' Recirculación larga. AI terminar esta operación, ir ai siguiente paso. Verificar la Conductividad del Lecho Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1 mayor que 0.2 pmhos (2 pmhos), permanecer en esta condición, hasta que suceda Io contrario, e ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Paro de regeneración. AI terminar esta operación, Termina este subprocedimiento (FIN). Ejecutar la SUBFASE Trasiego de Acido. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque Día de Acido; si el nivel es mínimo o bajo (L5001H2-O), permanacar en este condición. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Parar Trasiego da ácido. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es máximo o alto (L5001S2-1), ir al paso 23. Si ' no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Trasiego de Sosa. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es mínimo o bajo (15001S,-O), permanecer en esta condición. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Parar Trasiego de Sosa. AI terminar esta operación, ir ai siguiente paso., Verificar la Conductividad del Lecho Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1 mayor que 0.2 pmhos (2 pmhosi, ir el paso 1. Si no se cumple esta condición, Termina aste subprocedimiento (FIN).

d3). Procedimiento da la fase "Stand By": 1). Verificar Nivel del tanque de d 6 de agua desmineralizada; si el nivel es mínimo o bajo (L50O4D2-0),

Termina esta subprocedimianto. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 2). Verificar Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si el nivel es máximo o alto

íL5004D,-l), Ir al paso 1. Si no se cumple esta condición, Termina este subprocedimiento.

e). Subfases y secuencias da la fase "Oparación Normal": e l ) . Arranque Normal:

1). Abrir Válvula: L2004C. 2). Abrir Válvula: 12001A. 3). Abrir Válvula: L2004A. 4). Abrir Válvula: 12001 L. 5). Abrir Válvula: L2004L. 6). Abrir Válvula: L2001 D,. 7). Arrancar Bomba: 12010CR. 8). Arrancar Ventiladores: 120070. 9). Arrancar Bomba: 12008D. 10). Regular Válvula: A2004N. 11). Arrancar Bomba: L2003N.


e2). Producción de Agua Oesmineralizada: 1). Abrir Válvula: L20020,.

123). Trasiego de agua Desmineralizada: 1). Abrir Válvula: 120170,.

. 2). Arrancar Bomba: 120070,.

e4). Paro de Trasiego de agua Oesmineralizada: 1). Cerrar Válvula: L20170,. 2). Parar Bomba: 120070,.

135). Paro Normal del Proceso: 1). Parar Bamba: 2). Parar Bomba: 3). Parar Ventiladores: 4). Parar Bomba: 5). Cerrar Válvula: 6). Cerrar Válvula: 7). Cerrar Válvula: 8). Cerrar Válvula: 9). Cerrar Válvula: 10). Cerrar Válvula: 11). Cerrar Válvula:

12003N. L2010CR. L20070. L20080.

12004C. 12001 A. L2004A. 120011. L20041.

L20020,.

12001 o,.

fl. Subfases y secuencias de la fase "Regeneración":

f l ) . Retrolavado. 1). Abrir Válvula: L2004C. 2). Arrancar Bomba: L2010CR. 31. Arrancar Ventiladores: 120070. 4). Arrancar Bomba: 120080. 5). Abrir Válvula: L2002L. 6). Abrir Válvula: 120071.

f2). Espera. 1). Parar Bomba: L2010CR. 2). Parar Bomba: 120080. 3). Parar Ventiladores: 120070. 4). Cerrar Válvula: L2004C. 5). Cerrar Válvula: 12002L. 6). Cerrar Válvula: L2007L.

6.17

f3). Inyección de ácido y sosa. 1). Abrir Válvula: 2). Regular (para una temperatura

3). Arrancar Bomba: 4). Arrancar Bomba: 5). Arrancar Bomba: 6). Regular (para una densidad

7). Regular (para una densidad

de 45 "C) la Válvula3:

de ácido de 1.025) la Válvula:

de sosa de 1.043) la Válvula:

f4). Desplazamiento. 1). Parar Bomba: 2). Parar Bomba: 3). Parar Bomba: 4). Inhabilitar la Regulación

de la Válvula: 5). Cerrar Válvula: 6). Inhabilitar la Regulación

de la Válvula: 7). Inhabilitar la Regulación

de la Válvula:

f5). Drenado parcial. 1). Abrir Válvula: 2). Abrir Válvula:

f6). Inyección de aire. 1). Arrancar Bomba:

f7). Llenado. 1). Parar Bomba: 2). Cerrar Válvula: 3). Abrir Válvula: 4). Arrancar Bomba: 5). Arrancar Ventiladores: 6). Arrancar Bomba:

L2031S,.

A2041S,. L2010CR. L2015H,. L2042S,.

A2002H,.

AZOOZS,.

L2015H,. L2042S,. L2010CR.

A2041S,. L2031S,.

A2002H,.

A2002S,.

L2007L. L201 OL.

L2016L.

L2016L. L2007L. L2004C. L2010CR. L20070. L2008D.

Para realizar la asignación del valor da regulación de la variable a controlar, sa habilita un controlador del tipo convencional, para ústa lazo de regulación. La habilitación sa realiza en la opción de creacibn de rewtas del supenisor, en la parte de confguración de Controladores.

6.18

CAPITULO 6 VALlDAClON DEL SCB

f8). Recirculación Corta. 1). Parar Bomba: 2). Parar Bomba: 3). Parar Ventiladores: 4). Cerrar Válvula: 6). Cerrar Válvula: 7). Abrir Válvula: 8). Abrir Válvula: 9). Arrancar Bomba: 10). Arrancar Ventiladores: 11). Arrancar Bomba:

f9). Recirculación Larga. 1). Cerrar Válvula: 2). Abrir Válvula: 3). Abrir Válvula: 4). Abrir Válvula:

f l O). Paro de Regeneración. 1). Parar Bomba: 2). Parar Bomba: 3). Parar Ventiladores: 4). Abrir Válvula: 5). Cerrar Válvula: 6). Cerrar Válvula: 7). Cerrar Válvula:

f l l ) . Trasiego de ácido. 1). Arrancar Bomba:

f12). Parar Trasiego de ácido. 1). Parar Bomba:

f13). Trasiego de sosa. I). Arrancar Bomba:

f14). Parar trasiego de sosa. 1). Parar Bomba:

L2010CR.

L20070. L2004C. L2010L. L2004C. L2012A. 12010CR. L20070. 120080.

L20080.

L2012A. L2002L. L2007L. L2013L.

L201 OCR. L20080. L20070. L2004C. L20021. L20071. L2013L.

12006H,.

L2006H1.

L2006S1.

L2006S,.

6.19

CAPITULO 6 VALIOACION DEL SCB


Para la ejecución de la prueba número 2, se utilizaron los mismos datos de la receta número 1 (la diferencia está en que el modo de operación para la prueba número 2, es en modo semiautomático.


a). Número de Feoes b). Nombre de las Fases

4. Operación Normal. Regeneración. St and-By. Emergencia.

c). Número y Nombre de las Subfaseo:

Fase No. de Subfaseo Nombre de las Subfareo

Operación Producción de Agua Pura. Normal 5 Trasiego Agua Desmineralizada

Arranque Normal.

Paro Trasiego Agua Desmineralizad Paro Normal.

Regeneración L. Mixto

Stand - By

14

2

Retrolavado. Espera. Inyección de ácido y sosa. Desplazamiento. Drenado parcial. Inyección de aire. llenado. Recirculación Corta. Recirculación Larga. Paro de Regeneración. Trasiego de ácido. Parar trasiego de ácido. Trasiego de sosa. Parar trasiego de sosa.

Tiempo de espera del proceso Continuar el proceso.

6.20


Emergencia 16 Emergencia en Operación Normal Va l 02. Emergencia en Operación Normal Bo l OCR. Emergencia en Operación Normal Vt7D. Emergencia en Operación Normal BOBO. Emergencia en Operación Normal Bo3N. Emergencia en Operación Normal Va2D2. Emergencia en Operación Normal Va1701. Emergencia en Operación Normal Bo701. Emergencia en Regeneraci6n BolOCR. Emergencia en Regeneración Vt70. Emergencia en Regeneración Bo8D. Emergencia en Regeneración Bo15H2. Emergencia en Regeneración Bo42S2. Emergencia en Regeneración Bol6L. Emergencia en Regeneración Bo6H1. Emergencia en Regeneración Bo6Si.

d). Procedimiento General de la Receta: Este procedimiento es igual al usado en la receta número 1 y la 2.

dl). Procedimiento de la fase "Ooereción Normal": Ejecutar la SUBFASE: Arranque Normal del Proceso. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L50010, de la subfase: "Arranque Normal del Proceso". Si la señal L50010, - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 4; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Emergencia en Operación Normal ValD2. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L5OlOCR de la subfasa: "Arranque Normal del Proceso". Si la señal L5010CR = O, entonces no existe discrepancia, ir el paso 8; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Emergencia on Operación Normal BolOCR. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L50070 de la subfase: "Arranque Normal del proceso". Si la señal L50070 = O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 8; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Emergencia en Operación Normal Vt7D: AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L5008D de la subfase: "Arranque Normal del proceso". Si la señal L50080 - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 10; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE: Emergencia en Operación Normal Bo80. AI terminar esta operación, ir ai siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L5003N de la subfase: "Arranque Normal del proceso". Si la señal L5003N - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 12; si existe ir al siauiente paso.

11). Ejecutar la SUBFASE: Emergencia en Operación Normal Bo3N:AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

8.21

VALIOACION OEL SCB CAPITULO 6

12). Eiecuter la SUBFASE Producción da Ague Desmineralizada. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

13). Verificar si existe discrepancia en la señal t5002D2 de la subfase: “Producción Agua Desmineralizada”. Si la señal 150020, - O, entonces no existe discrepancia, ir el paso 15; si existe ir al siguiente paso.

14). Ejecutar la SUBFASE: Emergencia en Operación Normal Va2D2. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

15). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si el nivel es alto o máximo (L5004D2-1), ir al paso 18. Si no se cumple esta condici6n, ir al siguiente paso.

16). Verificar la Conductividad del Catión (Al002C); si la conductividad es mayor que 9 pmhos (90pmhos en proceso real) ir al paso 31: Paro Normal. (y luego ir al procedimiento general, a la etapa de regeneración del Lecho Mixto). Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

17). Verificar la Conductividad del lecho Mixto; si la conductividad es alta t50051- 1, mayor que 5 pmhos (0.5 pmhos en proceso real) ir al paso 31: Pero Normal (e ir al procedimiento general a la etapa de regeneración de techo Mixto. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

18). Verificar e l Volumen de Ague Tratada (AlOOBCRI; si el volumen de agua es mayor que 9 cm3), ir 01 paso- 31: Paro Normal (e ir al procedimiento general a .la etapa de regeneración del Lecho Mixto). Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

19). Verificar el Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si el nivel es máximo o alto í15O04D1-1), ir al paso 28.’Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

20). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si el nivel es mínimo o bajo (L5004D2-0), ir al paso 16 . Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

21). Ejecutar la SUBFASE Trasiego de Agua Desminaralizada. AI terminar la subfase ir al siguiente paso. 221. Verificar existe discrepancia en la señal t500170, de la subfase: ”Trasiego Agua Desmineralizada”.

Si la señal L5017D1 - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 24; si existe ir al siguiente paso. 23). Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Operación Normal Val7D1. AI terminar esta operación, ir a l

siguiente paso. 24). Verificar si existe discrepancia en la señal t5007D, de la subfase: “Trasiego de Agua Desmineralizada”.

Si la señal L50070, - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 26; si existe ir al siguiente paso. 25). Ejecutar la SUBFASE Emergencia an Operación Normal BoiDí . AI terminar esta operación, ir al

siguiente paso. 26). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si el nivel es mínimo o bajo (15004D2-0), ir

al paso 28:. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 27). Verificar Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si el nivel es bajo o mínimo

1t5004D1-0). Ir al paso 16. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 28). Ejecutar la SUBFASE Paro de Trasiego de Ague Desminaralizada. AI terminar esta operación ir ai

siguiente paso. 29). Verificar Nivel del tanque de día de agua desmineralizada; si el nivel es mínimo o bajo (L50040,-O), ir

al paso 16:. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 30). Verificar Nivel del Tanque de Almacenamiento de Agua Desmineralizada; si el nivel es-bajo o mínimo

(15004D,-O), Ir al paso 16. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 31). Ejecutar IaSUBFASE Paro Normal del Proceso. Termina este subprocedimiento (FIN).

622

CAPITULO 6 VALlDAClON DEL SCB

62). Procedimiento de la fese "Regeneración del lecho Mixto": 1 I.

21.

31.

41.

51.

61.

71.

8).

91.

Verificar el Nivel del Tanque Día de Acido; si el nivel es minimo o bajo (15001H2-0). .ir al paso 28: Trasiego de ácido. Si no SB cumple esta condición, ir a l siguiente paso. Verificar el Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es mínimo o bajo (L50O1S2-0), ir al paso 36: Trasiego de Sosa. Si no se cumpla esta condición, ir al siguiente paso. Verificar la Conductividad del lecho Mixto; si la conductividad es baja 15005L-O menor que 0.2 ,mhos (2 pmhos), ir al paso 39, y termina este subprocedimiento. Luego ir al procedimiento general. Si no se cumple esta condición, ir al siuuiente paso. Ejecutar la SUBFASE Retrolavado. Durecián - 3 minutos. AI terminar este operación, ir a l siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal 1501OCR de la subfase: "Retrolavado de resinas". Si la señal L5010CR - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 7; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Regeneración BolOCR. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. Verificar si existe discrepancia en la señal L5007D de la subfase: "Retrolavado de resinas". Si la seiial C5007D - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 9; si existe ir al siguiente paso. Ejecutar la SUBFASE Emergencie en Regeneración Vt7D. AI terminar esta operación, ir a l siguiente paso. i

Verificar si existe discrepancia en la señal 150080 de la subfase: "Aetrolavado de resinas". Si la señal L5008D - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 11; si existe ir a l siguiente paso.

101. Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Regeneración Bo8D. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

11). Ejecutar la SUBFASE: Espera. Tiempo de duración - 2 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

12). Ejecutar la SUBFASE Inyacción de ácido y sosa. Tiempo de duracidn - 11 minutos. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

13). Verificar si existe discrapancia en la señal L5015H, de la subfase: "Inyección ácido/sosa". Si la señal L5015H2 - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 15; si existe ir a l siguiente paso.

14). Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Regeneración Bol5H,. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

15). Verificar si existe discrepancia en la señal 15042S, de la subfase: "Inyección ácidolsosa". Si la señal 15042S2 3 O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 17; si existe ir al siguiente paso.

16). Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Regeneración Bo42S,. AI terminar, ir al siguiente paso. 17). Ejecutar la SUBFASE Desplazamiento. Duración - 2 min. AI terminar la subfase, ir a l siguiente paso. 181. Ejecutar le SUBFASE Drenado Parcial. Tiempo de duración- 2 minutos. AI terminar esta operación,

ir a l siguiente paso. 19). Ejecutar la SUBFASE Inyección de aire. Tiempo de duración - 2 minutos. AI terminar esta operación,

ir al siguiente paso. 20). Verificar si existe discrepancia en la señal 150161 de la subfase: "Inyección de Aire". Si la señal

L5016L - O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 22; si existe ir al siguiente paso. 21). Ejecutar la SUBFASE Emergencia en Ragenersción BolBL. AI terminar esta operación, ir al siguiente

paso. 22). Ejecutar la SUBFASE Llenado. Duración - 3 minutos. AI terminar esta operación, ir a l siguiente paso.

6-23

VALiOACION OEL SCB CAPITULO 6

23). Ejecutar l a SUBFASE Recirculación Corta: AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. 24). Verificar la Conductividad del catión; si la conductividad es alta L5002C- 1 mayor que 6 pmhos (60

pmhos), permanecer en esta condición, hasta que suceda Io contrario. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

, .. . . 251. Ejecutar la SUBFASE Recirculación larga. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso.

26). Verificar la Conductividad del Lecho Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1 mayor que 0.2 pmhos (2 pmhos), permanecer en esta condición, hasta que suceda Io contrario, e ir al siguiente paso.

27). Ejecutar la SUBFASE: Paro de regeneración. AI terminar esta operación, Termina este subprocedimiento (FIN).

28). Ejecutar l a SUBFASE: Trasiego de Acido. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. 29). Verificar s i existe discrepancia en la seial L5006H, de la subfase: "Trasiego de ácido". Si la señal

L5006Hl = O, entonces no existe discrepancia, ir al paso 31; si existe ir al siguiente paso. 30). Ejecutar le SUBFASE: Emergencia en Regeneración Bo6H1. AI terminar esta operación, ir al siguiente

paso. 31). Verificar el Nivel del Tanque Día de Acido; si el nivel es mínimo o bajo IL5001H2-0), permanecer en

esta condición. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 32). Ejecutar la SUBFASE: Parar Trasiego de ácido. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. 33). Verificar el Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es máximo o alto (L5001S,- l ) , ir a l paso 39. Si

34). Ejecutar l a SUBFASE: Trasiego de Sosa. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. 35). Verificar s i existe discrepancia en la seial L5006S, de la subfase: "Trasiego de Sosa". Si la señal

L5006Sl - O, entonces no existe discrepancia, ir a l paso 37; si existe ir al siguiente paso. 36). Ejecutar l a SUBFASE: Emergencia en Regeneración Bo6S1. AI terminar esta operación, ir al siguiente

paso. 37). Verificar el Nivel del Tanque Día de Sosa; si el nivel es mínimo o bajo (L50O1S2-0), permanecer en

esta condición. Si no se cumple esta condición, ir al siguiente paso. 38). Ejecutar l a SUBFASE Parar Trasiego de Sosa. AI terminar esta operación, ir al siguiente paso. 39). Verificar la Conductividad del Lecho Mixto; si la conductividad es alta L5005L- 1 mayor que 0.2 pmhos

(2 pmhosl, ir a l paso 1. Si no se cumple esta condición, Termina este subprocedimiento (FIN).

no se cumple esta condición, ir al siguiente paso.

d3). Procedimiento de la fase "Stand By": Este subprocedimiento es igual a l isado en la receta número 1 y la 2.

d4). Procedimiento de l a fase "Emergencia": Las subfases de este subprocedimiento están incluidas en los procedimientos de las fases de Operación Normal y Regeneración del Lecho Mixto.

e). Subfases y secuencias de la fase "Operación Normal": Los pasos y secuencias de las subfases de esta fase, son iguales a los de la receta número 1 y 2.

6.24

VALlDAClON DEL SCB CAPiTULO 6

f). Subfases y secuencias de la fase "Regeneraeión": l o s pasos y secuencias de las subfases de esta fase, son similares a los de la receta número 1 y 2. l a diferencia estriba en los datos de configuración de los controladores, como lo muestra la subfase de inyección de ácidolsosa.

f3). Inyección de ácido Y sosa. Abrir Válvula: L2031S,. Regular (para una temperatura de 51 "C) la Válvula: A2041S,. Arrancar Bomba: L2010CR. Arrancar Bomba: L2015H,. Arrancar Bomba: 12042S,. Regular (para una densidad de ácido de 1.043) la Válvula: AZOOZH,. Regular (para una densidad de sosa de 1.025) la Válvula: AZOOZS,.

9). Subfases y secuencias de la fase "Emergencia":

gl). Emergencia en Operación Normal ValD2. 1). Abrir Válvula: L2001 o,.

92). Emergencia en Operación Normal BolOCR. 1). Arrancar Bomba: 12010CR.

93). Emergencia en Operación Normal Vt7D. 1). Arrancar Ventiladores: L20070.

g4). Emergencia en Operación Normal B08D. 1). Arrancar Bomba: L2008D.

95). Emergencia en Operación Normal üo3N. l).~ Arrancar Bomba: L2003N.

g6). Emergencia en Operación Normal Va2D2. 1). Abrir Válvula: L20020,.

97). Emergencia en Operación Normal Va1701. I). Abrir Válvula: 120170,.

g8). Emergencia en Operación Normal Bo701. 1). Arrancar Bomba: 120070,.

t

6-25

VALlDAClON OEL SCB CAPITULO 6

g9). Emergencia en Regeneración BolOCR. 1). Arrancar Bomba:

g10). Emergencia en Regeneración Vt70. 1). Arrancar Ventiladoms:

g l l ) . Emergencia en Regeneración BOBO. 1). Arrancar Bomba:

912). Emergencia en Regeneración Ba15H2. 1). Arrancar Bomba:

913). Emergencia en Regeneración Ba42S2. 1). Arrancar Bamba:

914). Emergencia en Regeneración Bol61. 1). Arrancar Bomba:

gl5). Emergencia en Regeneración Bo6H1. 1). Arrancar Bomba:

gl6). Emergencia en Regeneración Bo6S1. 1). Arrancar Bomba:

12010CR.

L20070.

120080.

L2015H,.

12042S,.

t2016t.

L2006H1.

L2008S1.

6.26

VALIOACION DEL SCB CAPíiüLO E

6.3.4 Apliacidn y Reaultedo de les Pruebes Funcionalea.

Las pruebas a las que fuá sometido el Sistema de Control Batch, fueron creadas a través del editor de pruebas del Simulador Lógico SIMPDM. de tal forma que los valores y los estados lógicos asignados a cada una de las variables y equipos del proceso, respectivamente, son parámatros preasignados que determinarán el comportamiento lógico del proceso de desmineralización de la planta.

En la creación de las pruebas en SIMPDM, primeramente se establece el tiempo requerido de simulación lógica, para luego introducir la información de los niveles de tanques de día y almacenamiento del proceso y los valores de las variables analógicas, iniciando en el tiempo cero hasta el tiempo máximo de simulación programada.

El editor de pruebas de SIMPDM, considera los niveles de los tanques de día y de almacenamiento de agua desminaralizada, del tanque de día y de almacenamiento del ácido sulfúrico y del tanque de día y de almacenamiento del hidróxido de sodio y e l nivel del tanque de agua desgasificada.

0

Los estados lógicos iniciales de todos los dispositivos tales como: válvulas, bombas y ventiladores, están ' considerados de la siguiente manera: las válvulas son normalmente cerradas (NC), las bombas y ventiladores

estarán en OFF.

Las variables a las cuales se les asigna valores, son: el volumen de agua tratada, la conductivrdad del catión y la conductividad del lecho mixto.

A continuación se muestran los datos de archivos de prueba; estos datos se muestran en forma gráfica. En todas las gráficas, el eje de las abcisas representará e l tiempo de simulación y el eje de las ordenadas, los valores de comportamiento del equipo, dispositivo o la variable. Para cuestiones de prueba, los tiempos de duración de cada una de las fases (del proceso real), se escalaron a tiempos de 10 a 1, de ta l manera que 20 minutos reales de duración de una fase o subfase, corresponden en SIMPDM, a 2 minutos de duración de dicha fase o subfase.

Se realizaron varias pruebas al SCB. Aquí se presentan y describen tres de ellas. La prueba número 1, toma en consideración 3 fases del proceso: oparación normal, regeneración de resinas y stand-by. Esta prueba se ejecuta en modo automático. La prueba número 2, es idántica a la número 1, la diferencia estriba en que la prueba número 2, se lleva a cabo en modo semiautomático. La prueba número 3, considera 4 fases del proceso: operación normal, regeneración de resinas, stand - by y emergencia. Esta prueba se lleva a cabo en modo automático.

6.27

CAPITULO 6 VALIDACION DEL SCB

PRUEBA No. 1: Datos de la prueba número 1, para el SCB.

MlNlMO -

TIEMPO DE SIMULACION - 80 minutos.

MAXIM0 -

ALTO -

BAJO

MlNlMO -

Para el estado operativo Operación Normfl. son de interés las siguientes grificas: La gráfica 6.1, que representa el nivel del tanque día de agua desmineralizada; la gráfica 6.2 representativa del nivel del tanque de almacenamiento de agua desmineralizada; la gráfica 6.3, de la conductividad del filtro catiónico; la gráfica 6.4 que representa la conductividad del filtro de lecho mixto y la gráfica 6.5, que es la del volumen de agua tratada.

En Operación Normal, como se puede apreciar en las gráficas, solamente los niveles de los tanques de agua desmineralizada, son los que provocan los cambios de estado del proceso, de te1 manera que estas cambias de nivel, deberán hacer que el Sistema de Control Batch, reaccione y ejecute las acciones pertinentes al caso.

r NIVEL I

A

GRAFICA 6.1: N M L DEL TANOUE OIA DE AGUA DESMINERALIZADA.

GRAFICA 6.2: NIVEL DEL TANWE ALMACENAMIENTO DE AGUA DESMINERALIZADA.

6.28


1w - UHllE sup 90

80 - 70 -

C IDEAL 60

A

> nmm DE

GRAFICA 6.3 CONDUCTlVlDAD DEL FILTRO CATIONICO.

UMlK sup: J

o - 3 -

c. IDEAL: 2 -

1

O

A

> nmPo DE

CRAFICA 6.4: CONDUCTlVlDAD DEL FILTRO DE LECHO MIXTO.

CRAFICA 8.6 CANTIDAD DE AGUA TRATADA.

6.28

VALIDACIDN DEL SCB CAPITULO 6

MAXIMO -

ALTO -

BAJO

MlNlMO -

Para el estado operativo Regeneración de Filtros, son de interés las siguientes gráficas: La gráfica 6.4, qua representa la Conductividad del Lecho Mixto; la gráfica 6.6, que representa el nivel del tanque día del ácido sulfúrico; la gráfica 6.7, correspondiente al nivel del tanque de almacenamiento del ácido sulfúrico; la gráfica 6.8, que representa el nivel del tanque día del hidróxido de sodio y la gráfica 63, correspondiente al nivel del tanque de almacenamiento del hidróxido de sodio.

Cuando el proceso inicie la etapa de Regeneración en el minuto 20, el tanque dia del ácido sulfúrico (gráfica 6.6). tendrá un nivel bajo, por lo que el SCB tendrá que efectuar la operación de trasiego de ácido del tanque de almacenamiento al tanque día, para incrementar el nivel del tanque día a alto o máximo y de este manera llevar a cabo la regeneración del filtro de lecho mixto.

A

MAXIMO

ALTO -

BAJO -

MlNlMO -

GRAFICA 6.6: NIVEL DEL TANOUE OIA DE ACID0 SULRIRICO.

A

TIEMPO DE

I

GRAFICA 6.7: NIVEL DEL TANOUE DE ALMACENAMIENTO DE ACID0 SULFURICO.

6.30

MAXIM0 -

ALTO -

BAJO

MlNlMO -

GRAFICA 6.8: NIVEL DEL TANOUE DIA OEL HlDROXlDO DE SODIO.

A

I

MAXIM0

ALTO -

E N 0 -

MlNlMO -

Resultados de l a prueba No. 1:

Antes de iniciar la transmisión de los datos de receta, hacia la estación de control, se estableció e l modo de operación del SCB: MODO AUTOMATICO.

A

TIEMPO DE

Se procedió a dar la orden de inicio de la transmisión de la receta, para luego dar el comando de arranque al proceso, iniciándose las secuencias de operación ejecutadas por e l SCB.

El SCB ejecutó la receta, de acuerdo a los datos captados por su módulo de adquisición, la evaluación de estos datos y e l envio de comandos al proceso.

6-31

VALiDAClON DEL SCB CAPITULO E

A REGENERACION -

STANDLBY -

OPERACiON N.

PARO NORMAL

La validación del funcionamiento del SCB, se verificó, con el seguimiento (en papel) de la receta, la verificación visual de los despliegues en pantalla tanto de la estación de supervisión y la del controlador, CDmD del monitor del simulador y los LEOS indicadores, instalados en el módulo de entradas y salidas del pMAC-6000.

La gráfica 6.10, muestra e l comportamiento total del proceso de la POM, con respecto al tiempo. La interpretación de esta gráfica es la siguiente:

maxim0 aguo tratoda rnaximo nivel nivel L 5 0 0 4 D 2 y L 5 0 0 4 D 2 y L 5 0 0 4 D 1 L 5 0 0 4 D 1

poro del proces por el operodor

> TIEMPO DE

GRAFICA 6.10 EJECUCION DE LAS FASES DE LA PDM (Prueba No. 11

El tiempo de inicio es cero minutos; e l proceso inició en operación normal, y esta fase tuvo una duración de 10 minutos (del minuto O al minuto 10 de procesamiento). En esta fase el SCB, inmediatamente adquirió datos del proceso, hizo las evaluaciones y procedió a realizar la etapa de operación normal, llevando al proceso a la subfase arranque del proceso (debido a bajo nivel en los tanques de agua desmineralizada), ejecutando las salidas y comandos en el proceso (apertura de válvulas, arranque de bombas y ventiladores) e inmediatamente se ejecutó también la subfase producción de agua desmineralizada. Los despliegues en pantalla mostraban los datos de las variables y el nivel de los tanques, permaneciendo en baja conductividad y e l volumen de agua aumentando cada minuto. Cuando el nivel del tanque día de agua desmineralizada aumentó de bajo a alto (al minuto 5). se inició la subfase trasiego de agua desmineralizada, descargándose agua pura del tanque día al tanque de almacenamiento de agua desmineralizada. AI minuto 10, ambos tanques alcanzan el nivel alto, por Io que el SCB, ejecuta las subfases paro de trasiego de agua desmineralizada, el paro normal, y procede a ejecutar la fase stand-by.

La fase Stand by tuvo una duración de 3 minutos (del minuto 10 al 13), debido a que en ese tiempo el nivel del tanque día de asua desmineralizada disminuyó y quedó en nivel bajo. Nuevamente se ejecutó la fase operación norm a I.

En operación normal, se efectuaron las subfases arranque del proceso y producción de agua desmineralizada. En los 7 minutos (del minuto 13 al minuto 20) que tuvo de duración la ejecución de la fase de operación normal, no se realizó el trasiego de agua desmineralizada. Mientras tanto, el volumen de agua tratada

6.32

VALlDAClON DEL SCB CAPITULO 6

fué en aumento hasta que al minuto 20 de haber arrancado el proceso, este volumen alcanzó los 180 m3, cantidad máxima que puede tratar la PDM, por tanto el proceso sale de operación normal por disparo del tren, debido a que el volumen de agua tratada fué rebasado, es decir, que la cantidad de agua tratada por los filtros, fué mayor que 180 m3 (capacidad máxima que puede tratar la PDM).iniciándose la fase regeneración de fi ltros.

En la fase regeneración de resinas. (esta fase tuvo una duración de 23 minutos: del minuto 20 al 43). inmediatamente se efectuó el trasiego de ácido hacia el tanque día de ácido sulfúrico debido a que éste presentaba un nivel bajo, subiendo el nivel a alto en el minuto 21, por Io que se ejecuta el paro del trasiego de ácido, iniciando el SCB la ejecución de las subfases de retroiavado, espera, inyección de ácido y sosa, desplazamiento, drenado parcial, inyección de aire y llenado, todas estas subfases tuvieron un tiempo de duración. En la subfase de inyección de ácido y sosa, se habilitó el controlador de lazo PID, el cual estuvo ajustando la variable temperatura de la sosa al set point de 45 O C establecido por receta. También en esta fase se habilitaron los controladores de lazo PI, que estuvieron ajustando, uno la densidad del ácido y el otro la densidad de la sosa. En la.subfase de desplazamiento de inhabilitaron los tres controladores. AI terminar la ejecución de la subfase de llenado, el SCB inició la subfase recirculación corta, la cual duró hasta que la conductividad en el cation disminuyó a un valor menor que 70pmhos (7 en el SCB) en el minuto 41, ejecutándose la subfase recirculación larga, que termina en el minuto 43, cuando la conductividad del lecho mixto se hace igual o menor que 0.2 pmhos (2 pmhos en el SCB). AI terminar las acciones de recirculación larga, inmediatamente después se ejecutar la subfase paro de regeneración. Nuevamente se ejecuta la fase operación normal.

Operación normal. tiene una duración de 7 minutos. debido a máximo nivel en los tanques de agua desmineralizada, de tal manera que a los 50 minutos de haberse iniciado el control del proceso, éste entre a la fase stand - by (con una duración de 10 minutos).

Finalmente el operador ejecuta el paro to ta l del proceso, al inhabilitar al SCB.

E l permisivo para habi l i tar o deshabilitar a l SCB con el proceso, siempre lo activará el operador, a l dar e l pulso de arranque del sistema, ya sea en modo automático o semiautomático.

El momento de poner en línea de control, o el momento en que el SCB debe entrar para controlar e l proceso, lo determinarán las condiciones de Bste. Para e l caso de estudio, la POM. las condiciones que harán que el SCB entre en línea, serán los niveles de los tanques de agua desmineralizada y l a conductividad tanto del catión como del lecho mixto. S i ninguna de estas variables causa que el SCB entre a l modo de control, el SCB mantendrá al proceso en l a fase de stand-by.

6-33

VALlOAClON OEL SCB CAPITULO 6

W I M O _ _ ALTO - w o - MINIM0

PRUEBA No. 2: Datos da la prueba número 2, para ai SCB.

TIEMPO DE SlMULAClON - 48 minutos.

A -

I

NNEL

I , , I & > TIEMPO DE ib ' 2b '4b Q DURPiUON

&IN).

GRAFICA 6.11: NIVEL OEL TANOUE OIA DE AGUA OESMINERALIZAOA

GRAFICA 6.13 CONOUCTIVIOAO DEL FILTRO CATIONICO.

6.34


180-

135%

90-

GRAFICA 6.14 CONDUCTIVIDAO DEL FILTRO DE LECHO MIXTO

A

45-

GRAFICA 6.15 CANTIDAD DE AGUA TRATADA.

NNEL

) TIEMPO DE

MANMO

ALTO

BAJO

MINIM0

> TIEMPO DE ilo $o1 I Sb do 4!3 DURACION (MIN).

GRAFICA 6.16 NIVEL DEL TANüUE DIA DE ACID0 SULFURICO.

6.35

CAPITULO 6 VALlDAClDN DEL SCB

MAXIM0 -

ALTO -

BAJO

MlNlMO -

I

MAXIM0

ALTO i

BAJO

MlNlMO

A

c

> TIEMPO DE

L

MMIMO

ALTO -

BAJO -

MlNlMO -

I

A

e

> TIEMPO DE

ib 2b 3b 4b 4.3 TIEMPO OE DURACION

(MIN).

GRAFICA 6.17 NIVEL DEL TANOUE DE ALMACENAMIENTO DE ACID0 SULFUAICD.

I NNEL

I

GRAFICA 6.18: NIVEL DEL TANOUE DIA DEL HlDRDXlDD DE SODID.

6.36


REGENERACION -

STANOLEY -

OPERACION N. -

PARO NORMAL

/-* . Resultadbs de la prueba No. 2:

rnoximo nivel L 5 0 0 4 D 2 L 5 0 0 4 D 1

en el lecho mixio moximo nivel L5004D2 L 5 0 0 4 D 1

poro del proceso por, el operodor

Antes de iniciar la transmisión de la receta hacia la estación de control, se estableció el modo de operación del SCB: MODO SEMIAUTOMATICO.

Desde la estación de Supervisión, se habilitb la orden de inicio de la transmisión de la receta. Una vez accionada la transmisión y recibida correctamente en la estación del operador, en ésta se observará en pantalla un aviso de buena recepción, indicando que está lista para operar y manejar e l proceso desde esta estación. Las acciones del operador se ejecutaron a través de la PC de la estación del operador. Para esto el operador contó con’una interfaz, que le permitió visualizar el menú de cada una de las fases de que se compone el proceso. Cada fase presentó el menú de las subfases que contiene. En modo semiautomático, e l operador realizó las funciones de verificación de las señales del proceso, para ejecutar las acciones correspondientes. El operador habilitó el permisivo de ejecución de cada una de las fases que él consideró que se debían realizar. En modo semiautomático, el operador es el que realizará la toma de decisiones, para que el SCB controle el proceso. La gráfica 6.20, muestra el comportamiento del proceso de la PDM para la prueba 2. La interpretación de ésta es la siguiente:

I ESTADOS disooro del tren nor I

GRAFICR 6.20 EJECUCION DE LAS FASES DE LA PDM (Prueba No. 2) 1 6

El operador puso en línea de controlal SCB sobre SIMPDM, al dar el comando de arranque, inmediatamente el operador verificó nivel de tanques de agua desmineralizada en la pantalla de despliegue del simulador. Observó que los niveles de los tanques de agua desmineralizada (gráfica 11 y 12) estaban en su máximo. Por lo tanto, el operador ejecutó el paro normal del proceso; enseguida puso al proceso en stand by. AI minuto 4 del inicio, el tanque día de agua desmineralizada disminuyó su nivel a l mínimo, por lo que tuvo% ejecutó el arranque del proceso; después de verificar en los despliegues de pantalla que estas acciones ya se habían ejecutado (siempre se debe verificar las acciones realizadas, así como estar monitoreando) accionó la subfase Producción de Agua Pura. Al minuto 15; el operador observó que la conductividad del lecho mixto estaba alta, por Io que accionó el Paro Normal. Enseguida eligió en el menú, las operaciones de regeneración, para que las ejecutara de acuerdo a los datos y variables del proceso. AI terminar esta operación (minuto 38). se accionó la operación normal, cuya duración fué de 8 minutos. AI minuto 44, el nivel del tanque de dia de agua desmineralizada alcanzó su máximo y al minuto 46, también e l tanque de almacenamiento de agua desmineralizada alcanzó su nivel máximo y el proceso entró a la fase de stand-by. El operador efectuó el paro del proceso en el minuto 48.

VALlOAClON DEL SCB CAPITULO 6

UUIUO .

l L i0 .

8 * n -

YlNlUO .

PRUEBA No. 3: Datos de la prueba número 3, para el SCB.

TIEMPO DE SIMULACION - 108 minutos.

h

YUlUO .

hL10 .

B N O .

UlNlUO .

i h

) TlDlPO o

>o3

LlMrE sup: 0 0 .

m .

IO

c. I D W : M .

h

> "CUPO DL

GRAFICA 6.24 CONDUCTIVIDAO DEL FILTRO DE LECHO MIXTO.

GRAFICA 8.25 CANTIDAD DE AGUA TRATADA

GRAFICA 6.26 NIVEL DEL TANilUE DIA DE ACID0 SULWRICO.

6.39

1

VALlDAClON DEL SCB CAPITULO E

GRAFICA 6.27: NIVEL DEL TANOUE DE ALMACENAMIENTO DE ACID0 SULFURICO.

GRAFICA 6.28: NIVEL DEL TANOUE DIA DEL HIDRDXIDD DE SODIO.

GRAFICA 6.28 NIVEL DEL TANOUE DE ALMACENAMIENTO DEL HlDROXlDD DE SODID

6.40


Resultados de le Prueba No. 3.

Tiempo de Simulación = 108 minutos.

Modo de Operación - AUTOMATICO.

La gráfica 6.30, muestra el comportamiento total del proceso de la PDM, con respecto al tiempo. La interpretación de esta gráfica es la siguiente:

GRAFICA 6.30 EJECUCION DE LAS FASES DE LA PDM (Piuuba No. 31

AI activarse al SCB, éste detectó alto volumen de agua tratada y envi6 al proceso a regeneraci6n. En regeneración. el SCB verificó los niveles de los tanques día del ácido y la sosa, encontrándolos en mínimo y bajo nivel, respectivamente. Por Io que durante 4 minutos realizó la operación de llenado de estos tanques. En el minuto 13, ocurrió una falla en la bomba de inyección de ácido, e l SCB, ejecutó las secuencias de emergencia an regeneración, colocando en funcionamiento la bomba de repuesto, (la manera de detectar fallas en dispositivos, es comparando el estado actual y el estado deseado de la salida; si existe una discrepancia, significa que existe una falla). AI minuto 15, el operador a través de la estación de supervisión, efectúa un cambio en linea, en los parámetros del controlador PI0 del lazo de temperatura de la sosa. El efecto que causó este cambio se obsera en el valor de la temperatura en la estación de supervisión y e l simulador. El controlador se ajusta a los nuevos valores introducidos. Se cambia el valor del set point de 51 O C a 47 O C . Se observa que el PI0 inmediatamente se ajusta a ese valor. En el minuto 45, que se produce la falla de la bomba de trasiego de aaua desmineralizada, el SCB lleva al proceso, momentáneamente, a l estado de emergencia en operación normal, para poner en funcionamiento la bomba de repuesto.

6-41


Lo destacado de esta prueba son los siguientes puntos: El proceso inici6 en la fase de regeneración. AI minuto 13, se present6 falla de Is bomba de inyección de ácido sulfúrico. Al, minuto 35, termin6 la regeneraci6n y el proceso entr6 a operacidn normal. AI minuto 45, ocurri6 una falla enla bomba de tresirgo de agua dasmlnerelizada y el minuto 50 el proceso se pas6 a stand - by, terminando 'en el minuto 55. Inici6 nuevamente la operación normal, y al minuto 75 de procesamiento, ocurrió un disparo del tren por alta conductividad en el catión. AI minuto 100 el proceso entró nuevamente a operación nermal y sali6 a stand bv, en el minuto 106, para que al minuto 108 el operador produzca el paro del proceso y la deshabilitación del gCB.

Con esta revisión se constató que las acciones adquisición y de control, ejecutadas por el Sistema de Control Batch, fueron funcionales y de acuerdo a las especificaciones del sistema.

642


6.4 REFERENCIAS.

i6.11 Gantz, Joseph M. y Jones, John O.; "SYMBOLIC VERIFICATION TOOL FOR CONTROL APPLICATIONS"; Paper #89.0493; ISA, 1989.

Mundo M.. J. Alfredo; ''DISEkl Y CONFIGURACION DEL SISTEMA DE CONTROL BATCH (SCB), hardware y software"; Reporte Interno; HE, Departamento de Automatización de Procesos; Diciembre 1993.

Astrom. Karl Johan and Hagglund, Tore; "AUTOMATIC TUNING OF PI0 CONTROLLERS. instrument Society of America; 1988.

Pressman, Roger S.; "INGENIERIA DE SOFTWARE", págs. 553, 518-524, 537 y 545; Editorial McGraw. Hill, segunda edición.

i6.21

i6.31

[6.4]

CAPITULO 7

7.1 CONCLUSIONES. . Conforme a los antecedentes que motivaron este trabajo (dentro de su contexto histórico), el producto de

esta tesis constituye una respuesta viable a las necesidades de contar con tecnología propia para la automatización de procesos industriales de mediana escala del tipo batch.

Como corresponde a un proyecto de desarrollo tecnológico la idoneidad de los productos que se obtengan para satisfacer los objetivos y requerimientos de su planteamiento, determina el grado de contribución para solucionar la problemática y a clarificar la situación del contexto tecnológico en que se lleva a cabo el desarrollo, esto es, demuestra la calidad de los productos como solución.

En el caso de este trabajo de tesis, los .productos permiten afirmar que: El objetivo original del proyecto, contemplaba el desarrollo de un sistema de control para la PDM, que se

caracterizó como un proceso batch. En el t r a n h r s o del desarrollo del trabajo, se amplió el objetivo, se conceptualizó y realizó un sistema generalizado para el control de procesos batch, aplicándose al control de la PDM como un caso de estudio, con Io cual se satisface el objetivo inicial de una manera mucho más amplia.

El alcance del proyecto también fué superado ampliamente, debido a la realización y aplicación de la nueva filosofia de generalización del sistema de control batch, el cual controla al proceso de la PDM y cualquier otro proceso del tipo batch, incluyendo a procesos continuos con secuencias de atranque y paro, protecciones y regulación en amplios periodos.

Normalmente, la metodología para obtener un sistema generalizado, es la de realizar primeramente varias aplicaciones específicas, para finalmente en base a las experiencias obtenidas en cada una de esas aplicaciones, desarrollar un sistema generalizado. La metodología para conceptualizar y aplicar el Sistema de Control Batch, se realizó de una manera poco tradicional; primero se conceptualizó y desarrolló e l sistema de control batch, como un sistema generalizado y luego se efectuó la aplicación en el proceso a controlar (tomando al proceso de la PDM, como caso de estudio). Para lograr esta filosofía de diseño, se llevó a cabo el estudio de la ingeniería del proceso, el conocimiento de la teoría del control batch y luego el diseño, de un modo tal, que el sistema de control no fuera un sistema específico para controlar solamente el proceso de la PDM, sino que se aplicara también a otros procesos batch, permitiendo que cada una de las aplicaciones se realizaran de manera flexible, sin hacer modificaciones en el código del sistema de control cada vez que se efectuara un cambio en el mismo proceso o se ejecutara una nueva aplicación.

El diseño del SCB, se dividió en dos partes: el diseño funcional, que estableció las características del sistema, y e l diseño del sistema programático, que representa las especificaciones del diseño funcional. La filosofía de diseño del SCB, como sistema de control, se basa en la unión del control lógico secuencia1 y e l control regulatorio,

7.1

. CONCLUSIONES CAPITULO 1

integrados en el mismo software y hardware, auxiliado por un subsistema de supervisión. El SCB maneja funciones de control secuencial, control regulatorio, interbloqueo y módulos de EIS, incluyendo además, algoritmos de control y la interfaz del operador. El.sistema programático del SCB emplea la técnica de "software manejado por tablas" (table driven software), que junto con la funci6n de manejo de recetas, proporcionan versatilidad y flexibilidad al sistema, al establecer y efectuar las aplicaciones por medio de tablas preconfiguradas, liberando al ingeniero de proceso del engorroso trabajo de programación de las estaciones de operación.

Para obtener el Sistema de Control Batch (SCBI, se conceptualizó y particularizó al Controlador Autosoportado (CAT), como un Controlador Batch. El CAT, representa la configuración física en que está basado el SCB; y es debido a ésto, que el SCB hereda las características del CAT, tales como autosoporte, autodesarrollo, arquitectura abierta y modular, y configurabilidad de los módulos de EIS; presentando flexibilidad de desarrollo continuo, caracterizándose como una tecnología de punta con todo et soporte necesario y adaptándose a las nuevas exigencias tecnológicas que continuamente surgen.

Aunque las pruebas de validación en tiempo real se efectuaron tomando en cuenta la operación norinal y la regeneración del.lecho mixto del proceso de desmineralización de la PDM, el desempeiio y los resultados obtenidos nos permien afirmar que el SCB generalizado, puede utilizarse para la automatización completa de una PDM, así como para otros procesos industriales del tipo batch.

El SCB amplía significativamente la infraestructura disponible para la realización de proyectos de automatización de procesos industriales y contribuye a resolver la problemática enfrentada para la consecución de éstos, minimizando los periodos de desarrollo, mantenimiento y actualización de un sistema de control; con lo cual se podrán ofertar propuestas con menor tiempo de entrega del sistema. Con este sistema, se minimiza el tiempo de desarrollo de las funciones de control, que solo necesitan ser definidas para el proceso particular de que se trate y configurar e l SCB sin necesidad de programación.

7.2 APORTACIONES.

El presente trabajo es un proyecto de desarrollo tecnológico, cuyo producto es un sistema de control batch generalizado, que se basa en la metodología del comité SP88 (Standard and Practices 88 Committee) de ISA, un standard en proceso de definición.

El comité SP88 de ISA, proporciona una estructura general para automatizar las operaciones de un proceso batch. La particularización de esta estructura general, a una estructura más especifica, en la que se combinaron funciones del modelo de SP88 y de los modelos generados por Howard P. Rosenof, hizo posible la creación del modelo para el SCB, Io que constituye una aportación de este trabajo, ubicándolo en el estado del arte.

La contribución principal de la tesis es la generación de tecnología de control, eficaz e innovadora, para la automatización de procesos de mediana escala, del tipo batch. Comprende el diseño y desarrollo del sistema programático de control, basado en tablas (table driven software), que funciona como un intérprete de tablas de datos preconfiguradas, tanto en línea como fuera de línea, para el control de procesos batch, procesos puramente secuenciales o solamente procesos continuos; con secuencias de arranque y paro al inicio y final del proceso.

1.2

CAPITULO 7 CONCLUSIONES

Adicionalmente, el SCB puede utilizarse con fines formativos y experimentales en el campo del control regulatorio, debido a que por medio de este sistema se pueden realizar sintonizaciones (a prueba y error) de los controladores, tanto para casos de estudio como para para casos reales, para los cuales debe contarse con un simulador o el hardware de la variable o proceso a controlar.

Se caracterizó y definió ai proceso de tratamiento de agua de la Planta Desmineralizadora como un proceso batch, utilizándolo como caso de estudio. Para cumplir con este propósito, se desarrolló un simulador lógico (SIMPDM) que representa al proceso de la Planta Desmineralizadora de una Central Termoeléctrica. SIMPDM, simula la lógica de operaciones de una PDM y representa por medio de circuitos con amplificadores operaciones a las variables importantes del proceso. Esta herramienta, validó el diseño y configuración del Sistema de Control Batch (SCB), para Io cual, se diseñaron las tablas de datos específicos, que representaban las recetas que permitirían controlar al proceso de la PDM.

El Sistema de Control Batch (SCB), es un sistema flexible y versátil, cuyas características son las siguientes: a). Habilidad para crear y almacenar RECETAS (esenciales en e l procesamiento batch). b). Debido a que el software del SCB posee una estructura modular el sistema es configurable: los programas

de automatización se realizan por configuración mas no por programación (no código). El SCB, opera a través de datos, parámetros y secuencias predefinidas, almacenados en tablas de configuración. Posee funciones de lazos de control analógico configurables. Las múltiples condiciones de fallaseguridad pueden ser definidas por tablas en este sistema.

c). El SCB proporciona una operación flexible del proceso que está controlando, y facilidad para realizar modificaciones en línea, en los esquemas de control, sin efectos adversos al proceso o la seguridad de éste.

d). El software utiliza macros y declaraciones predefinidas, de fácil uso y muy esenciales. Los macros definen acciones especificas, tales como abrir válvula, arrancar un ventilador, etc. Combinando tales declaraciones del proceso, el usuario puede especificar las secuencias de operaciones del proceso (fases lógicas).

e). Despliegues en pantalla del SCB: en la estación del supervisor, se despliega el estado actual del proceso ,mostrando el título de la fase, que identifica el tipo de operación (regeneración, stand by, etc.); el título de la subfase, el cual identifica una secuencia de pasos de operaciones (abrir válvula,arrancar bomba); las acciones de control y secuenciamiento de las mismas; y, los parámetros específicos del producto (temperatura, conductividad, densidad y tiempo de duración de cada subfase). Los despliegues en la estación del operador, permiten visualizar las acciones que se van ejecutando en la estación de control.

f). La estrategia de control contempla, el hecho de que e l operador puede manejar al proceso en el modo semiautomático o intervenir en cualquier momento para abortar el proceso. El sistema detecta y propiamente reacciona a fallas de dispositivos. Lo ideal es diseñar una receta con la cual no se necesiten hacer cambios en línea, de tal manera que las intervenciones del operador sean mínimas.

9). Las secuencias inician con el comando de arranque proporcionado por el operador. En e l modo automático de operación, el SCB efectúa la ejecución de las acciones de control (receta) de manera independiente y controla completamente a todo el proceso. En el modo semiautomático, el SCB controla al proceso por subfases (subetapas) y retorna el control y toma de decisiones al operador después de que termina cada una de las subfases. Entre subfases. el operador puede cambiar el orden de ejecución o cambiar el modo de operación. Los cambios en línea, se pueden realizar tanto en modo automático como en modo semiautomático.

h). El control del proceso es en tiempo real, al igual que le presentación de la información al operador, tanto en modo automático como el semiautomático.

7.3

CONCLUSIONES CAPITULO 7

\

7.3 SUGERENCIAS PARA TRABAJOS FUTUROS.

Todo sistema de control requiere de una excelente interfaz, para mostrar sus bondades y resaltar su capacidad de funcionamiento. Para lograr esto, la interfaz del operador deberá incluir una representación dinámica del proceso; dándole animación al proceso al denotar los dispositivos de éste con colores. Las funciones de control accesarlas tocando el..¡cono del equipo (por ejemplo de una válvula). La habilitación de un ícono llamará al "cambio de zona" y cambiará de ventana. La ventana proporcionará un rápido acceso a cualquier lazo de control o motor mostrando gráficamente al proceso. Si el operador necesita información con más detalle, se deberá desplegar la información textual de ese dispositivo. Para tener una interfaz más completa, el despliegue gráfico estructurado deberá proporcionar un índice de todos los gráficos en el sistema, una vista completa de todo el proceso; gráficas dedicadas tales como sintonización de PlDs protegidos con passwords y gráficas con sistema de diagnóstico que monitorearán la operación del controlador, las PCs de las estaciones del supervisor, el controlador y las comunicaciones entre ellos.

El uso de sistemas expertos, inteligencia artificial o de lenguajes de programación orientados a objeto, es otra de las innovaciones que pueden aplicarse y de esta manera obtener un sistema de control con nuevas t h i c a s , con características y flexibilidad acordes a la tecnología hoy imperante. Otro de los aspectos importantes que podrían anexarse y ser probados, son los algotirmos de control, tanto convencionales como no convencionales.

los modelos de las variables del proceso de la PDM utilizados para el SCB, no fueron modelos reales; esto se debe a que el objetivo principal de estos modelos fué el de validar la parte analógica del SCB. Por tanto, para desarrollos posteriores se sugiere diseñar y desarrollar un simulador en tiempo real con la dinámica del proceso de la Planta Desmineralizadora. Es importante considerar la dinámica del proceso de la PDM, porque representa las características reales de cada una de las variables del proceso, con las cuales se pueden obtener resultados para realizar análisis dinámicos en tiempo real del proceso de desmineralizaci6n.

7.4 OBSERVACIONES.

El sistema de control batch, tiene la capacidad de controlar grandes procesos batch, debido a su característica versátil, flexible y diseño modular con aplicaciones generales; es decir, el SCB no f u i diseñado específicamente para controlar solamente a procesos de Plantas Oesmineralizadoras, sino que tiene la capacidad de controlar otros procesos batch. El tamaño del proceso que puede manejar el SCB, Io determina, no el SCB, sino la configuración física (hardware) en e l que se basa.

Para el caso particular de la POM, tratado en esta tesis, se procedió a disminuir el número de señales de entradalsalida, tanto lógicas como analógicas a utilizarse en la aplicación, debido a que la restricción en ese aspecto, lo determinaron las tarjetas de interfaz con el simulador, las denominadas tarjetas de adquisición de datos RTI.815. Además, también el sistema digital del controlador pMAC-6000, con la configuración actual con que cuenta, no hubiese podido soportar al proceso completo de la PDM, por Io que se procediá a representar en SIMPDM, las etapas y características más importantes del proceso de desmineralización.

APENDICE A

a&

BATCH: Conjunto de productos que son obtenidos por la ejecución de una receta.

CONTROL BATCH: Es la técnica que une al control lógico secuencia1 con el control regulatorio, para controlar a los procesos que poseen esas características, en base a la ejecución de recetas.

DISPOSITIVO: Es una combinación de elementos básicos del proceso, analógicos o discretos, que son tratados en cuanto a un solo objetivo de control integrado y que pueden establecerse en uno de varios estados o valores colectivos (una válvula con switch de limite, una bomba con motor de arranque y contactos retroalimentados, etc.).

FASES: Es una tarea grande, de acción independiente orientada a procesos. Abarca un número variado de pasos, cuya función es ejecutar uno o más estados operativos del proceso. Las secuencias bajo las cuales las fases son ejecutadas constituyen la operación batch.

FORMULA: Son los datos y parámetros que distinguen y especifican los productos definidos por los procedimientos, incluyendo tipos y cantidades de ingredientes, duración y magnitud de las variables del proceso; la fórmula proporciona la flexibilidad para producir diferentes productos o grados con el mismo procedimiemto.

INSTRUCCIONES DE CONTROL: Determina la acción a realizar. Una instrucción de control es la expresión más básica y más pequeña del lenguaje batch, ejecutado durante el procesamiento de un paso de control. Las instrucciones de control pueden ser escritas en lenguajes de alto nivel. El lenguaje que esté ~

siendo usado podría determinar las instrucciones de control actuales necesarias para completar las acciones orientadas a equipo. s La unión de equipos de entrada y salida, algoritmos, y m6dulos de control usados para la operación de funciones de control regulatorio retroalimentado.

LAZO: 1 s

',

La unión de equipos de entrada y salida, algoritmos, y m6dulos de control usados para la LAZO:

operación de funciones de control regulatorio retroalimentado,

A. 1

...

TERMINOLOGIA .: .. ,.AEWIC€ A

4

PASOS RECONTROL: Son los términos de más bajo nivel dentro de una fase, y describen un evento o acción que es de interés para el operador. Es una operación específica de entradalsalida tal como arrancar un motor, actuar una válvula, recibir una seial de un. sensor o switch de campo, o leer una condición de interbloqueo. Un paso de control probablemente inwolucrará uno o más comandos directos para elementos finales de control. Los pasos de control son especificados por las instrucciones de control.

.

. . . <

PR~CEDIMIENTO GENERAL: Es una serie de instrucciones establecidas por el usuario, que definen y ordenan las acciones y las secuencia de las fa= que se ejecutarán, as; como los requerimientos necesarios asociados al control para hacer una clase general de productos en el proceso batch. tos requerimientos establecen cantidades, ingredientes, limites para alarmas, parámetros perfiladores, etc., los cuales proporcionan el grado del producto. El procedimiento se auxilia de operaciones, fases, subfases, pasos de control e intrucciones de control. La función principal del procedimiento general será la de direccionar hacia la realización de las fases. Solamente existirá un solo procedimiento general en cada receta.

..-

PROCESO BATCH: Es el que fabrica una cantidad finita de materiales, sometiendo cantidades medidas de flujos de materiales a un orden secuencia1 de acciones de procesamiento, usando una o mas piezas de equipo.

RECETA: La receta es una combinación de procedimientos, fórmulas, encabezado y especificaciones de equipo, que definen los requerimientos de control de un producto en particular. La combinación de los procedimientos y las fórmulas forman una receta. l a receta contiene datos de los productos integrantes y una secuencia de operaciones a efectuar. La Última especifica las acciones requeridas, mientras que la primera proporciona el grado. La definición de la receta comprende la definición de datos de los productos, segmentación en procesos, secuencia de la operación y definición de rutas del proceso. Los datos pueden incluir cantidades, selección de ingredientes, límites para alarmas, parámetros perfiladores y hasta datos de configuración de controladores. La secuencia de operaciones define la disposición de operaciones en secuencia y paralelas que se requiere, mientras que la definición de las unidades selecciona las rutas posibles a traves del proceso.

RECETA BASICA Es la que contiene información relacionada al proceso, tal como los procedimientos hombres de las operaciones y fases), pero sin la designación de las entidades del sistema de control y el equipo a ser usado. Existe en el nivel de la corporación en una organización multiplantas.

A.2

TERMINOLOGIA APENOICE A

RECETA DE CONTROL: Es una receta maestra con el equipo de producción asignado y que es estructurada en e l formato del sistema de control necesario. En este nivel, los ingredientes pueden estar especificados en por ciento mas que en valores absolutos. Antes de que la receta de control se convierta en una receta de trabajo el lote tiene que dimensionarse para la cantidad deseada del producto requerido.

RECETAS DE PROCEDIMIENTO FLEXIBLE ,. Constan de un procedimiento escrito como una secuencia de fases, por tanto la receta consiste de una lista de fases; y asociados con el uso de cada una de estas fases está un establecimiento de variables que tienen que ser interpretadas de acuerdo a la lógica de la fase. Esta estructura de receta sirve para cuando las secuencias son cambiadas de acuerdo al producto.

RECETAS DE PROCEDIMIENTO FIJO: Son las que constan de un procedimiento fijo que incluye todas las fases que serán usadas para todos los productos a los cuales se aplica este procedimiento. Los tipos de ingredientes y las cantidades pueden variar.

RECETA DE TRABAJO: Básicamente es una copia de la receta maestra con la asignación del equipo especificado y las cantidades de ingredientes actuales en lugar de las cantidades normalizadas. Una receta de control será una receta de trabajo una vez que se especifica la identificación batch y al mismo tiempo la receta de trabajo inicia a acumular la historia batch. La receta de trabajo se descarga en el sistema básico de control de procesos, opera en tiempo real y hace el lote de productos.

RECETA MAESTRA Es la que contiene un número de recetas con datos originales relacionados al producto para hacer diferentes tipos de productos, o el mismo producto con un número de variaciones. La receta maestra es una receta básica que ha sido hecha para una planta específica. Este tipo de receta existe a nivel de planta.

SUBFASE Es una serie de Pasos de Control que ejecutan una tarea específica; representa al grupo más pequeño de acciones que pueden ser suficientemente desacopladas del resto de una operación.

SUBPROCEDIMIENTOS: Un Subprocedimiento, es una serie secuencial de varias Subfases que especificarán las acciones y el orden de ejecución de la lógica secuencial requerida para realizar cada una de las tareas especificas del proceso; cada tarea específica tendrá un subprocedimiento, de tal forma que en una receta habrá un subprocedimiento por cada fase que exista.

A-3

* B.I) PROCEDIMIENTO DE' APLICACION DEL SCB: ' a.

Para usar y aplicar e l Sistema de Control Batch (SCB), en 'la automatización de procesos, se deben de desarrollar las siguientes actividades:

a). b). c).

Creación de RECETAS del proceso. Establecimiento del medio ambiente del Controlador Autosoportado. Selección de la receta,'transferencia y ejecución del Sistema de Control Batch (SCB).

A continuación se describen los pasos a seguir, para controlar y automatizar un proceso, por medio del Sistema de Control Batch (SCB):

1). Crear recetas'para controlar e l proceso,-con el editor del SCB, en la estación del supervisor (sección B1.l).

2). Correr el ejecutable del Simulador del proceso.

3). Establecer el medio ambiente y el protocolo de comunicaciones del sistema;desde la estación del Operador. La secuencia de operaciones a realizar para este establecimiento es la siguiente:

a). Establecer el medio ambiente, tecleando desde el subdirectorio del usuario:

AZTEC código de usuario

donde código de usuario, es el nombre de identificación que utiliza el usuario y que ha sido ya establecido en la vía de usuarios (aztec.bat) del sistema.

b). Habilitar el protocolo de comunicaciones, tecleando:

KERMIT

el cual establece el protocolo de comunicaciones MCComm+ y habilita la transferencia asíncrona de archivos de la estación del operador a la estación de control.

c). Habilitar las funciones de la estación de control, tecleando:

UMAC

APENDICE B PROCEDIMIENTO DE APLlCAClON DEL SCB

este comando habilita el servicio de interrupciones del hardware, los manejadores de entradas y salidas, la operación del coprocesador matemático y las librerías de archivos objeto, con funciones disponibles en lenguaje de programación C.

di. Carga del software de aplicación a la memoria del microprocesador de la estación de control.

LOAD nombragrograma \

\\ . donde nombregrograma es el nombre del programa4sin extensión) a cargar en el sistema de la estación >, de control. \

e). Correr el ejecutable del programa de aplicación, tecleando:

RUN

este comando 'de la estaciÓn,de control, efectúa la corrida del programa cargado en'el paso anterior. El programa en ejecución. se p u d e abortar, en caso necesario, o al término de la aplicación con el comando CTRLX del sistema operativo. ,.

4). En la estación del supervisor se selecciona la receta que se va a aplicar para controlar el proceso. Se elige e l modo operativo del Sistema de Control Batch (automático o semiautomático) y se procede a realizar la transferencia de los datos de receta al microprocesador de la estación de control.

a). Si el modo operativo elegido, es el AUTOMATICO, (la estación del Operador quedará inhabilitada), el usuariooperador esperará hasta que en la pantalla de la estación del Operador se despliegue el mensaje: 'I!!! OK !!! DATOS REClBiDOS Y PROCESADOS, EN ESPERA DEL COMANDO OE ARRANQUE". Después de recibir este mensaje, se procederá a proporcionar el comando de arranque desde la estación del Supervisor y, el SCB controlará en modo automático al proceso. En caso de que se requiera sacar fuera del linea al SCB, el operador pulsará el comando para Inhabilitar al SCB, desde la estación del Supervisor. Si el mensaje desplegado en pantalla en la estación del Operador es: "PROCESAMIENTO DE DATOS INCORRECTO", se reinicializa el sistema, desde la estación del Supervisor, descargando nuevamente los datos de receta a la estación de control.

I

b). Si el modo operativo elegido es el SEMIAUTOMATICO, elLSCB habilitará a la estación del operador, para que desde allí éste, a través de menis de opciones, ejecute las acciones para comandar al proceso. Los menús de opciones se desplegarán después de que la recepción de datos haya sido correcta. Caso contrario, se descargará nuevamente los datos de receta desde la estación del Supervisor. En modo Semiautomático, e l operador con su experiencia, se encargará de ejecutar e l control del proceso.

5). Si durante la ejecución del control del proceso, ya sea en modo automático o en semiautomático, se requiere realizar alguna modificación en los datos o parámetros de los esquemas de control, estos se realizarán desde la estación del Supervisor. Para esto la PC de la estación, estará'siempre monitoreando al proceso, proporcionando despliegues de las acciones y presentando un menú de opciones, para modificaciones en linea.

. . . .

APENOICE B PROCEDIMIENTO DE APLICACION DEL SCB

Bl.1). CREACION DE RECETAS DEL PROCESO.

La creación de recetas’ se lleva a cabo en la estación del supervisor, por medio del editor de recetas del SCB. En esta estación se ejecuta el programa BATCSUP.EXE.

El editor de recetas presenta por medio de menús, dos opciones:

. Edición Total de la Receta, y

. Edición Parcial de la Receta.

Edición Total de la Receta: en esta opción, la creación de una receta, SE construirá como un todo, es decir, el editor, guiará al usuario, para construir la receta proporcionando datos a cada una de las partes que componen la receta de una manera secuencial. sin regresar al menú principal, hasta terminarla completamente. La secuencia de llenado de la base de datos de una receta, iniciará estableciendo el número y nombres.de las, fases del proceso, las subfases, las secuencias y condiciones del procedimiento general, las secuencias y condiciones que formarán a cada uno de los subprocedimientos;los pasos de control en cada una de las subfases del proceso y finalmente los datos de configuración de los esquemas de control.

Edición Parcial de la Receta: esta opción sirve para la creación o reconstrucción de una receta, por partes. Presenta un menú de opciones, para crear alguna parte de la receta; las opciones son: fases, subfases, procedimiento general, subprocedimientos, pasos de control y configuración de los esquemas de control. AI terminar cada. opción elegida, el editor regresará al menú principal. 8

El SCB, por medio de la estación de supervisión, toma en cuenta también la configuración de los canales del módulo de entradas y salidas de /IMAC.~OOO. Esta opción hace más flexible y más óptima la utilización de los canales del pMAC.6000, de ta l manera que se configuran los canales, por medio de tablas, utilizando solamente 10s canales que’se necesitan para realizar interfaz con el proceso.

’ Se recmnienda qua antas de usar el editor, se efectúe el diseño de la m e t a en papel, o Io que so denanma r e m a de asuitorio

8.3

http://nombres.de

cenidet · a mis hermanos martin y laury, migue y miriam, jorge y susel. a mis sobrinos:...

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