S.E.P. S.E.I.T. D.G.I.T.

CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACION

'. Y DESARROLLO TECNOLOGICO

cenidet 'I DISEÑO DE UN SUPERVISOR INTELIGENTE DEL CONTROL

AUTOMATIC0 DE GENERACION DE UNA üNIDAD TERMOELECTRIC A"

CENTRO DE I*'-^'' 4ACION

T E S ' I S CEfa T

PARA OBTENER EL GRADO D E MAESi'RO EN CIENCIASEN INGENiEiUA ELECTRONICA'

P R E S E N T A : S E P r'

1 CENIDE:

. ING. ANDRE3 RAFAEL TEVERA MANDUJANO

CUERNAVACA, MORELOS. SEPTIEMBRE DE 1995.

U WP B SISTEMA NACIONAL DE i N S " i U S TECNOLOGICOS

Centro Nacional de Investigación y Desarrolío Tecnológico

ACADEMIA DE LA MAESTRfA EN ELECTRÓNlCA

PORMAR9 ACEPTACI6N DEL TRABAJO DE TESE

Cuemavaca, Morelos a 11 de Julio de 1995.

Dr. Sergio Alejar o rta Mejia Jefe del Depto. de ingenieria Electr6nica Presente

Después de haber revisado el trabajo de tesis titulado Y ~ ~ ~ ~ Ñ ~ DE UN SUPERVISOR INTELIGENTE DEL CONTROL AUTOMATIC0 DE GENERACION DE UNA UNIDAD TERMOELECTRICA", elaborado por el alumno: Andrés Rafael Tevera ManduJano, y dirigido por el C. M. en C. Raúl Garduño Ramirez, el trabajo presentado se ACEPTA.

A T E N T A M E N T E .

,: J ' C. M. en 1. Marino Sánchez Parra Investigador IIEXENIDET

Investigador IIWCENIDET

C.C.P.: Presidente de la Academia de Electrónica Director de tesis

Expediente . Alumno tesista

C. Dr. Ennau Ouintero-Mármol Márquez . . Coordinador de Especialidad IIWCENIDET

Interior Internado Palmirn S/N CP. 62490 cenidet /.-... postal 1164, Tels.: c.P. (73) 62050 I8 cuemawca, 77 41 y (73) Mor. 12 Mbriw 76 13

WP 4 SISTEMA NACIONAL DE LNSTITUTOS TECNOLOGICOS

Centro Nacional de Investigación y Des'arroíio Tecnológico Cuemawa, Morelos a 31 de Agosto de 1995.

Ing. Andrés Rafael Tevera Mandujano Candidato al grado de ibíaesh en Ciencias en ingenieria Electrónica Presente

Después de haber sometido a revision su trabajo ñnai de tesis titulado: U ~ ~ ~ ~ Ñ ~ DE UN SUPERVISOR INTELIGENTE DEL CONTROL AUTOMATIC0 DE GENERACION DE UNA UNIDAD TERMOELECTRICA", y habiendo cumplido con todas las indicaciones que el jurado revisor de tesis le hizo, le comunico que se le c o n d e autorización para que proceda a la impresión de la misma, wmo requisito para la obtención del grado.

Reciba un cordial saludo

A T E N T A M E N T E

Dr. Sergio A. Horía Mejia Jefe del Llepto. de Electrónica

C.C.P.: Jefe de Servicios Escolares Expediente

Interior Internado Palrnira S/N C.P. 62490

Tels.: (73) 18 77 41 y (73) 12 76 13

DEDICATORIAS

A mis padres C i r o y Uarla del Carmen, por haberme dado el ser, por la conrianza y l o s consejos infundidos, y por haberme apoyado hasta el último momento de manera desinteresada en el seguimiento de esta meta.

A mis hermanos, Beatriz, Rosa del Carmen, Ciro ?&el y ~ u a n osé, por su interés y apoyo para llegar al final de este trabajo.

A mis familiares y amigos, por escucharme y animarme en los momentos más diflciles, y a todas aquellas personas que de una u otra manera contribuyeron para lograr este objetivo.

A GñADECIiUIENTOS

Qui ro agradecer a todas aquellas personas e instituc ones que me brindaron su esfuerzo y apoyo para lograr alcanzar un paso más en mi vida profesional.

De una manera muy especial a Raúl Garduño Ramirez, por su confianza, interés, consejos y asesprias durante el desarrollo de este trabajo.

Al Centro Nacional de Investigaci6n y Desarrollo Tecnológico por su apoyo y formación, y a mis maestros por sus conocimientos adquiridos en el aula.

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por su apoyo económico.

Al Instituto de Investigaciones Eléctricas por darme la oportunidad de desarrollar este trabajo.

Por G 1 timo deseo agradecer sinceramente al Departamento de Automatización de Procesos, investigadores y becarios, y en especial a Guadalupe Madrigal Espinoza, Daniel Palomares González y David Jukrez Romero por su apoyo brindado.

INDICE GENERAL,

RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

LISTA DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

LISTA DE SIGLAS Y ACRONIMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

CAPITULO 1. . INTRODUCCION 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1 1.2. Problemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2 1.3. Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2 1.4. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3 1.5. Organizaciqn de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6

CAPlTüLO 2 . AMBiTO DEL PROBLEMA 2.1. Niveles de proceso y de control automático . . . . . . . . . 2-2

2.1.1. Nivel de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3 2.1.2. Nivel de control automático . . . . . . . . . . . . . 2-6

2.2. Nivel de central tennoeléctrica . . . . . . . . . . . . . . 2-17 2.3. Requerimientos del control supervisorio . . . . . . . . . . 2-18

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-20

CAPlTüLO 3 . MARCO REFERENCIAL 3.1. Integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2 .

3.1.1. Conceptos de Fabricación Integrada por Computadora . 3-3 3.2. Aspecto pragmático de la integración automatizada . . . . . 3-6

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9

CAPITULO 4 . DESARROLLO DEL PROTOTIPO

4.1. Modelo conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1 4.2. Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6

4.2.1. Infraestructura de Desarrollo . . . . . . . . . . . . 4-6 4.2.2. Restricciones de la implementación . . . . . . . . . 4-12 4.2.3. Diseño Lógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-21

. CAPITULO 5 . VALJDACION DEL PROTOTIPO . 1. Evaluación de la Unidad de Reconf iguración de

Controladores de Esquema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1 . 2. Prueba de validación del sistema . . . . . . . . . . . . . . 5-4 . 3. Discusión de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8

CAPlTüLO 6 . CONCLUSIONES 6.1. Observaciones . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . '6-2 6.2. Aportación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3 6.3. Sugerencias . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . 6-4

APENDICE . DEPURACION DEL IEO

i

La automatización total o parcial de las tareas del control supervisorio de una unidad termoeléctrica requiere el empleo de técnicas que permitan tratar de forma adecuada el conocimiento heurlstico.

En este trabajo de tesis se presenta el desarrollo del protopipo de un sistema de control supervisorio inteligente en línea, destinado a auxiliar al operador supervisor al coordinar la operación del con junto Caldera-Turbina-Generador (CTG) de 'una unidad termoeléctrica, con objeto de conseguir una mayor disponibilidad y seguridad de su operación en modo seguimiento de carga.

Para el desarrollo de este trabajo se contemplaron conceptos de Fabricación Integrada por Computadora y técnicas de Inteligencia Artificial (Sistemas Expertos). La infraestructura de desarrollo estuvo limitada a la utilización del simulador de una unidad termoeléctrica y de la plataforma flsica industrial para el control supervisorio y el control automático de procesos. El funcionamiento del prototipo desarrollado ha sido validado mediante pruebas experimentales de laboratorio.

Con el desarrollo de este trabajo se acrecenta la diponibilidad de la unidad termoeléctrica en el seguimiento de perfiles de la demanda de carga. Mediante la autorreconfiguración de los lazos de control principales de la unidad, se consigue que su operación pueda cambiar de forma carga base a carga intermedia o viceversa, de manera presta y suave y sin arriesgar la seguridad de su funcionamiento.

ii

t LISTA DE FiGüRAS

- NO. TITULO DE LA srt3rrm(

CAPITULO 2

2-1. Estructura jerárquica de la administración y control de procesos

2-2. Transformación de la energla en una Unidad Termoeléctrica. 2-3. Esquema de Control CPG: Caldera en seguimiento de Turbina

2-4. Esquema de Control CTG: Turbina en seguimiento de Caldera

2-5. Esquema de Control CTG: Integrado. 2-6. Formas genéricas de la demanda de carga. 2-7. Diagrama de contexto de las actividades del supervisor.

de una UTE.

(C ==> T) . (T ==> C) .

f

CAPITULO, 3

3-1. 3-2.

4-1. 4-2. 4-3. 4-4. 4-5. 4-6. 4-7.

4-9. -4- 10. 4-11. 4- 12.

4-a.

Alcance del modelo de referencia del CIM. Pirámide de la automatización de una Planta ,Industrial (de Procesos Continuos).

I

CAPITULO 4

Diagrama de contexto de la arquitectura del CICAGUT. Diagrama esquemático del modelo conceptual del SICAGUT. Estructura del IEO. Estructura del SIEC. Estructura de la URCE. Infraestructura de desarrollo. Interfaz gráfica del Simulador de una UTE (PCl). Interfaz gráfica de la estación supervisora (PCZ), Monitoreo2. Interfaz gráfica de la estación supervisora (PCZ), Monitoreol. Diagrama de f lu jo del programa principal. Zonas de umbral del Identificador de Estados Operativos. Definición del espacio del problema.

iii

LISTA DE SIGLAS Y ACRONIMOS

BC

BH

C

CAT

cbmd

CIE

CIM

C 8

CTE

CTG

C.==> T

E f 4 m

G

H

IA

IEO

IEEE

IIE

I8A

IVAE

MI

Base de Conocimientos.

Base de Hechos.

Caldera.

Control Autosoportado.

Señal de demanda maestra del generador de vapor.

Empresa Integrada por Computadora.

Fabricación Integrada por Computadora.

Control Supervisorio.

Central. Termoeléctrica.

Caldera - Turbina - Generador. Caldera en seguimiento de Turbina.

Eficiencia Global de la UTE.

Generador.

Hecho.

Inteligencia Artificial.

Identificador de Estados Operativos.

Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica.

Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Sociedad de Instrumentistas de América. . Integral del Valor Absoluto del Error.

Mecanismo de Inferencias.

P

PC

PC f AT

PCl

PCZ

PC3

B

Ri BCSE

BE

BETR

BICAQUT

BIEC

TRC

T ==> C

T

üüCE

UTE

. .

; . . . .. . iv V . '

Número total de registros por cada período de tiempo P.

Período de tiempo.

Computadora Personal.

Computadora Personal basada en el microprocesador 80286:

Computadora Personal No. 1.

Computadora Personal No. 2.

Computadora personal No. 3.

Regla heurística.

Regla heurística No. i.

Sistema de Control supervisorio Experto.

Sistema Experto.

Sistema Experto en Tiempo Real.

Supervisor Inteligente del Control Automático de Generación de una Unidad Termoeléctrica.

Selector Inteligente de Esquemas de Control CTG.

Tubo de rayos catódícos.

Turbina en seguimiento de Caldera.

Turbina.

Unidad de Reconfiguración de Controladores de Esquema.

Unidad Termoeléctrica'.

1 CAPZTULO I -

5

INTRODUCCION

1.1. ANTECEDENTES

La demanda de energía eléctrica, actual y futura, obliga al sector eléctrico del país a estar en búsqueda constante de métodos y sistemas que, entre otros, optimen la operación de las centrales generadoras de electricidad iCON891. En otras palabras se buscan métodos y sistemas que contribuyan a mejorar la seguridad, la disponibilidad,' la eficiencia, el desempeño, la rentabilidad y la vida útil de las centrales generadoras y que reduzcan simultáneamente el costo de la energía eléctrica producida. De acuerdo a esta perspectiva, el departamento de Automatización de Procesos del Instituto de Investigaciones Eléctricas ha desarrollado sistemas digitales para la adquisici6n de datos que han sido implantados con éxito en centrales termoeléctricas de la Comisión Federal de Electricidad IViL881. Entre las perspectivas que se contemplan para apoyar al mejoramiento de su operación se tiene el desarrollo de sistemas de control computarizados en los que se busca incorporar y consolidar técnicas modernas de adquisición y control IGON891:

Las tendencias y perspectivas actuales, enfocadas hacia la planta totalmente automatizada, muestran que los sistemas de control estarán basados en el uso intensivo de equipos de cómputo en todos los niveles de operación de la planta e incorporarán técnicas de inteligencia artificial [GON891,[PAL89],[ROD89]. En cuanto a las aplicaciones'de control se prevee el uso de algoritmos que incorporen criterios de optimación, 'adaptación y autoajuste, y técnicas de control multivariable, estadístico y experto iPAL891.

Tomando en cuenta los puntos anteriores y teniendo como finalidad el desarrollo de tecnología en el área de ingeniería de control de centrales termoeléctricas se inició en 1989 la integración de un sistema de control (denominado control autosoportado, "CAT") que sirviera como una plataforma física y programática para el desarrollo, implantación, prueba,

8 I 1

1-2 CAPINLO 1: lYlRmUCClOY

mantenimiento y puesta a punto de estrategias y algoritmos de control con características operativas de tipo industrial IGAR891.

Entre las áreas consideradas de interés para el desarrollo de "software" de control se

Control regulatorio, secuencia1 y tanda. Control de procesos con algoritmos no convencionales. Control de procesos con métodos no analíticos.

encuentran las siguientes:

ai.- bi.- 1.2.- di.- Control estadístico de procesos.

El presente trabajo contribuye en los desarrollos del área correspondiente al inciso íci. Está encaminado al desarrollo de un sistema de control para la supervisión del proceso de generación de energía eléctrica en una unidad termoeléctrica, con la perspectiva de que forme parte de un sistema global de información y control para la automatización total de la operación del sector eléctrico del país y toma como premisa fundamental para lograrlo, la aplicación de conceptos de inteligencia artificial.

1.2. PROBLEMATICA

A Pesar de la introducci,ón de computadoras en la automatización de las tareas de adquisición y control en las centrales de generación, todavía quedan tareas que requieren la intervención i,ntensiva del personal de planta [CHRSOI -conocidos como supervisores. Este personal es, inclusive, el vehículo de integración humana entre la administración y el control de procesos.

El supervisor debe, en 'muy corto tiempo, determinar el estado de la planta y seleccionar un procedimiento de operación apropiado para mantenerla segura o minimizar el daño causado por alguna perturbación conforme a las mediciones, las alarmas y su experiencia. Además, se debe tener en cuenta que la respuesta y el comportamiento del supervisor pueden verse afectados por sus factores psicológicos, ya sea en operaciones rutinarias o en situaciones de emergencia.

.Desde esta perspectiva, es necesario proporcionar asistencia inteligente y fiable para el supervisor.

1.3. OBJETIVO

El objetivo de este trabajo de tesis es el de contribuir a la automatización del nivel de control supervisorio de una unidad termoeléctrica. Para ello se propone el desarrollo del prototipo de un sistema programático que lleve a cabo la supervisión asistida por computadora del sistema automático de generación, y la autorreconfiguración del nivel de control automático ante el seguimiento de perfiles en la demanda de carga.

CAPITULO 1: IYTRmucCIOy

, 1-3

La consecución del objetivo de este trabajo tiene un alcance delimitado por las siguientes actividades: I

ai.-

b).-

C).-

d).-

e).-

f).-

Q).-

h).-

i).-

Realización de una bús9ueda bibliográfica seleccionando y analizando referencias en los temas de:

11.- 21.- 31.-

Identificación plena de\ problema de control por resolver y determinación de su factibilidad de solución por medio de sistemas basados en conocimientos y sistemas de control autorreconfigurebles.

Propuesta del modelo conceptual del supervisor inteligente del control automático de generación de una unidad termoeléctrica (SICAGUT) en función de los requerimientos funcionales del nivel de control supervisorio.

Revisión de la infraestructura física y programática utilizable del Departamento de Automatización de Procesos.

Definición de un prototipo mínimo del SICAGUT.

Implementación y depuración del prototipo mínimo del SICAGUT.

Planificación y realización de pruebas para la validación del prototipo del SICAGUT.

Análisis de resultados. ~

Fabricación integrada por computadora (CIM) para procesos continuos. Inteligencia artificial (sistemas expertos) para control de procesos. Sistemas y métodos de control automático de generación.

. .

I

Documentación del trabajo realizado.

Existen otras actividades que se excluyen del alcance de esta tesis, tales como la evaluación experta del desempeño del nivel de control automático, la predicción del funcionamiento de la unidad termoeléctrica (UTE) y aspectos de ergonomfa.

1.4. JUSTIFICACION. ' La integración automatizada del área administrativa y el de adquisición y control de

centrales generadoras permitiría al sector eléctrico del país, ser más flexible y productivo ante las necesidades cambiantes de la demanda de energla: con el consiguiente abatimiento de los costos y tiempos de generaci6n. En otras palabrss, optimaría su capacidad ,global de operación [110881.

La asistencia que se consiga para el supervisor, mediante la automatización parcial de 1 i

I .

1-4 wiruio I: INTRWUCCIOW

I

su; funciones, incide en los siguientes beneficios:

a).-

b).-

C).-

d).-

1.4.

Mayor seguridad en las tareas realizadas por el supervisor, al no ser necesario tomar decisiones rápidas a panir de un gran volumen de información.

Uniformización de las actuaciones del supervisor, con el consiguiente efecto de la calidad.

Mayor transportabiiidad de aplicaciones entre distintas unidades de generación.

Mayor eficiencia en la integración entre el área administrativa y el de adquisición y control.

I

I

.

I ORGANIZACION DE.LA TESIS

La documentación de e8te trabajo de tesis está dividida en cinco capítulos posteriores . .

a éste y un apéndice. A continuación se da una descripción del contenido de cada capitulo, a fin de obtener una visión estructurada y de conjunto del documento de tesis.

En el capítulo dos se analiza el ámbito de las actividades del operador encargado de supervisar la unidad termoeléctrica. Se describen ' aspectos básicos referentes al funcionamiento global de la'unidad y del control automático de los mismos. Además se describe la interrelación del suipervisor con el nivel de central termoeléctrica. Por último, se sintetizan los requerimientos detectados en el control supervisorio de la unidad

. .

termoeléctrica. I '

En el capítulo tres se expone el marco referencia1 del trabajo de tesis. Se analiza el concepto de automatizaci6n aplicado al control supervisorio de procesos. Se enfatiza la importancia de la integración. como un factor ineludible en la automatización industrial moderna. Por último, se aborda el aspecto pragmático de la integración automatizada y en particular, de la tarea del contkol supervisorio de procesos.

En el capítulo cuatro se presenta el desarrollo del prototipo del SICAGUT. Se describe .el modelo conceptual, el cual; representa cualitativamente sus funciones. Se describe la infraestructura utilizada y las 'restricciones de implementación. Por Último, se describe el funcionamiento del idenfificador de estados operativos (IEO) y del selector inteligente de esquemas de control CTG ISIEC).

. . En el capítulo cinco se describen las evaluaciones llevadas a cabo al prototipo desarrollado, con el propósito de verificar su funcionamiento adecuado.

I

En el capítulo seis se presentan las conclusiones de este trabajo de tesis, se y se hacen algunas proporcionan algunas sugerebncias para trabajos posteriores

observaciones.

1-5 CAPITULO 1: IYTRcGiKCIQI

I

En el apéndice se describe la etapa dd depuración del identificador de estados operativos (IEOI.

I

I

I !

! CIPITULO 1: ~ I W T R O W C C I Q I 1-6

1 REFERENCIAS

I

[CON891

[VIL881

íGON891

[PAL891

[ROD891

[ G A R 8 9 1

[UCH81 I

ICHR9OI

ill0881 '

Contextos; "Contribuir eficazmente a la satisfacción de la demanda de energia eléctrica, principal reto de la generacibn termoeléctrica", Boletín HE, vol. 13, No. 6, pp. 237-249, nov./dic. 1989. Villavicencio. R. A., M. A. de Loera, y J. M. Suárez, "Sistema de infor.mación para registro y analisis de transitorios", Boletín IIE, vol. 12, No. 5, pp. 191-1 99, sep./&t. 1988. 1 Gonzáles, C. S., !y A. V. Ramirez, "Herramientas para el adiestramiento y la operación en centrales termoeléctricas. Tecnologías en evolución", Boletin IIE, vol. 13, No. 6, pp. 245-249, nov./dic. 1.989. Palomares, G. D.; R. D. Bourguet., y J. G. Alvarez, "Tendencias en el'control moderno de unidades termoeléctricas", Boletín IIE, vol. 13, No. 6, pp. 257-266, nov./dic. 1989. 1 Rodriguez, O. G. y A. M. Barba, "Perspectivas de los sistemas computacionales en las centrales termoeléctricas", Boletín IIE, vol. 13, No. 6, pp. 267-270, nov./dic. 1989. 1 Garduño, R. R., "Proyecto 2623: diseño e integraci6n de un controlador autosoportado. Objetivos, producto, descripción y alcance", Reporte interno, IIE Departamento :de Simulaci6n. junio 1989. Uchida, M. y N. ,Kato, "Totally Computer Automated Control System in a Thermal Power Ulnit", IFAC Control Science and Technology, 8th Triennial World Congress, Kyoto, Jap6n. 1981, pp. 3059-3065. Christie, R.D., "The impact of Artificial Intelligence on Plant and System Operations", ISA No. 90-1320, 1990, pp 193-197. lioka, M., A. Sugano, y S. Nigawara, "Hierarchical Function-Structured and Autonomous Contfol Systems for Fossil Power Plants", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 3, No. 3, septiembre de 1988, pp. 548-553.

I

' CAPZTU' 2

I - 5

F

AMBIkO DEL PROBLEMA

I ' La administración y control de procesos de una UTE' dispone de una serie de niveles

jerárquicos, como la que se muestra en la figura 2-1. Estos niveles están agrupados por sistemas de información y sistemas de control de procesos. Por una parte, los sistemas de información son el medio por el cual se enlazan los componentes administrativos de la generación de energía eléctricd del país (lineas telefónicas, sistemas de cómputo, etc.), de tal forma que éstos trabajen con eficiencia para alcanzar el mismo objetivo: estos sistemas se diseñan a partir de modelos conceptuales, en donde el lenguaje de modelado está constituido por actividades humanas (o verbos). Por otra parte, los sistemas de control de procesos permiten la regulación automática de las variables físicas de la UTE; estos sistemas se diseñan a partir de modelos anailticos, en donde el lenguaje de modelado está constituido por ecuaciones matemáticas. El control supervisorio (CS) de una UTE es un sistema de información que permite la integración entre los sistemas administrativos (actividad humana) y los sistemas de control de procesos (actividad de máquina) de la UTE.

El control supervisorio (Ck) comprende un conjunto de actividades interactuantes que permiten vigilar la evolución de las variables de la UTE, para verificar que se encuentren dentro de los límites establecidos. El CS se realiza de manera local, cuando se ocupa de un controlador, o global, cuando se ocupa de cada una de las aplicaciones locales. En este trabajo de investigación se aborda el enfoque global del CS.

' Una UTE, la cual forma parte de una central termmlBctrica ICTEI, es un Sistema capaz de producir energfa eléctrica a partir de la energla qulmica contenida an algunos combustibles f6siles IPOL841? Dependiendo del medio de trabajo, 'las centrales térmicas se clasifican an: vapor, gas, ciclo combinado lvapor y Qasl y combustidn interna; En el desariollo de este trabajo de tesis se contempla tinicamante a aquellas centrales térmicas da vapor.

1 CAPITULO 2 M I T O DEL PROBLEW 2-2

. j I '

oboe niveles superlores ..............................................

.............................................. infomiaddn I ), (NiveldecontmlsupeMswio) .

I UTE. ! Figura 1-1. E s t r u c t u r a j e r á r q u i c a de l a adra in is t rac l6n y c o n t r o l de procesos de un

En el CS global se lleva+ a cabo tres actividades básicas:

Dependiendo de cada situación, seleccionar la cantidad de información necesaria procedente.de los sensdres. Esta actividad se apoya en la monitorización de la UTE. Identificar la situación'actual de la UTE. Corregir funcionamientos anómalos en la UTE o mejorar su rendimiento.

En este capítulo se analiza el ámbito de las actividades del operador encargado de supervisar la UTE. En el primer apartado se describen aspectos básicos referentes al

.funcionamiento global de la udidad y del control automático de los mismos. En el segundo apartado se describe la interrelaci6n del supervisor con el nivel de central*. Finalmente en el tercer apartado se recapitula 'el conjunto de requerimientos detectados, para objeto de esta tesis, en el control supervisorib de la UTE.

a).-

b).- c).-

1

2.1. NIVEL DE PROCESO Y DE .CONTROL AUTOMATICO.

Para llevar a cabo la tar ia del control supervisorio de una unidad termoeléctrica, el supervisor cuenta con suficiente información de las tendencias históricas y actuales de la unidad, de los sistemas de control y del sistema global de protecciones, así como del nivel

1 . . . ' Se refiere al nivel inrr.ediato superior en la ptrdmide de la automatiracidn [nivel de Central Termoelktrica CTE). En e1 capltulo 3 se aborda el tema referente a la pir4mida de la'auto&tizacidn.

2-3 CAPITULO 2: M I T O DEL PROBLEM

I de central. Esta cantidad abundante de información debe ser totalmente filtrada, confiable y oportuná, de tal forma que los operadores puedan emitir decisiones acertadas y oportunas. Para tal efecto, en la sala db control es común encontrar un grupo de consolas C-T-G

. (Caldera-Turbina-Generador), que permiten monitorear y llevar a cabo secuencias de acciones sobre los sistemas de controllautomático de la unidad.

2.1 . I . Nivel de proceso, I Una unidad termoeléctjica tiene como equipo principal al generador de vapo?, a la

turbina y al generador eléctr,ico. La potencia eléctrica (MW) generada (a la salida del generador eléctrico), obedece' a la interrelacidn de varios procesos de transformación de energía. El generador de vapor, o caldera (C) proporciona energla térmica a partir'de energía química, está compuesta por un conjunto de elementos integrados, dispuestos de tal forma que permiten realizar una combustión para producir vapor con determinadas características de presión y temperatura. La turbina (T) es una máquina que recibe la energía térmica de la caldera y la transforma en energía mecánica. El generador eléctrico (GI, finalmente, convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Ver la figura 2-2.

I Energla Energla E ner gl a Energía Qulmica Térmica Mecánica Eleclr ica

* + +

Generada

I c = i;ererador e-? vapor ( ( : a k a )

1 = Conlunlo de Tufbi t ia~ &? Vapw 1 G = Generada' Eléclr ICO

, tguri 2-2. Transformación de la energla en una Unidad Termoeléctrica.

Los distintos procesos cdntenidos' en una UTE presentan un acoplamiento complejo. En el caso del generador eléctricb y la turbina, cuentan con respuestas en tiempo rápidas con respecto a la respuesta en tiemoo de la caldera. Estas características particulares delimitan la cabacidad de, respuesta global de la unidad y originan un posible desbalance entre la

I I

En lo sucesivo se nombrará "caldefe", como se conoce usualmente.

~

CAPlTULD 2: A W I T O DEL PROBLEM

I 2 - 4 ' *

energía térmica que debe proporcionar la caldera a través del vapor y la que necesitan la turbina y el generador eléctrico4. Para establecer este balance de energia, el operador cuenta con el conjunto de válvulas gobernadoras que permiten controlar el flujo de vapor que recibe el conjunto turbogenerador.

En síntesis, el persona1,encargado de supervisar una UTE, generalmente tiene que

Generar los MW demandados desde el nivel de central, Mantener el balance de !energía entre los procesos internos.

El operador satisface estos requerimientos vigilando en las consolas C-T-G el control

satisfacer dos requerimientos globales de operación:

al.- b).-

adecuado de dos parámetros: !

l

I . al.- La potencia generada y b).-

Y ajustando dos variables: 1 a).- b1.-

La presión de vapor principal.

La apertura del conjunto' de válvulas gobernadoras y La razón de combustión!idemanda maestra) del sistema generador de vapor.

Por otra parte, los requehmientos de desempeño de una UTE se definen con base en el papel que desempeña la unidad dentro del sistema de generación y su capacidad de respuesta ante diversas situaciones internas y externas a la planta. Los principales requerimientos para un buen desempeño de la unidad se pueden clasificar de acuerdo a las condiciones de operación: normal, arranque y paro, y de emergencia.

Operación Normal. 1 a1.-

b):

c1.-

Condiciones estables. Mantener las principales variables en sus puntos de ajuste, as¡ como alcanzar la máxima eficiencia de la unidad.

Regulación de carga. dptisfacer en forma rápida y estable ligeros cambios de generación necesarios para el controi de frecuencia de la red.

Desplazamiento de carga. Proporcionar de manera suave y estable grandes cambios de generación requeridos para el consumo diario de carga, o para contribuir con el programa de generación de la red.

En caso de cambio de demandj de energla elktrica.

1 UpiruLo 2: m i r o DEL PROBLEW 2-5

Arranque y Paro.

En 'cuanto al arranque .e la unidad, el sistema de control debe permitir llevarla a su punto de carga mínima en unltiempo corto, sin que esto pueda perjudicar el desempeño de equipo mayor debido a esfuerzos térmicos no permitidos.

Operación de Emergencia.

a).-

! 1

I .

I

Externa (situaciones anormales en la red tales como rechazos de carga, etc.). Prevenir que las variables críticas alcancen sus valores límites evitando así el posible disparo de la unidad. Esta acci6n se realiza a trev6s de la variación rápida y efectiva de la generación. ,

Interna (fallas en los equipos tales como bombas, ventiladores, etc.). Buscar que la unidad continue operanlo aunque su capacidad de generación se reduzca, esto con objeto de evitar un paro innecesario, y reducir las repercuciones en el sistema externo.

Este trabajo de tesis contempla la condición de operación normal de una UTE. Se utiliza la versión 1 .O del s(mulador MICROTERM-300, correspondiente a la unidad termoeléctrica No. 1 de la central generadora Perez Ríos, en Tula Hidalgo. El MICROTERM- 300 es parte de la infraestructura desarrollada en el Departamento de Automatización de .Procesos del Instituto de Investigaciones Eléctricas [MAD91 I .

Características principales de la UTE:

El generador de vapor contiene una caldera con domo de circulación forzada del tipo radiante por quemado de combustbleo, capaz de generar 2.15 Mlb/hr de vapor a una presión de 2496 psia y a una temperatura de vapor recalentado de 1005 O R .

La turbina es una unidad compuesta por elementos de alta, intermedia y baja presión. girando a una velocidad de 360b rpm sobre una misma flecha. Las condiciones de operación en la válvula gobernadora son: F p o r a 2400 psia y 1005 O R . AI 100 % de carga el conjunto de turbinas produce 300 MW de potencia mecánica.

El generador eléctrico esluna unidad de 20 KV a 60 Hz con un factor de potencia 0.9 y con un sistema de enfriamiento a base de hidrógeno. El generador recibe la potencia mecánica del conjunto de turbinas al 100% de carga con valor de 300 M W y la convierte en potencia eléctrica con salida he 300 MW. En la ta,bla 2-1 se muestran las especificaciones de operación de las variables más importantes de la UTE.

b).-

. ,

. I

. . . ,~

I

I \

CAPITULO 2: ' m 1 T O DEL PROBLEMA

i ~

2-6

mfn. máx.

variable Potencia generada 1 I150 300 íMWl

4.5 4.5

Presión de vapor I , principal

ípsia)

Temperatura de . +

Flujo de combustible

O 2700

1160 1500

ajuste permisibles inf.

2496.43 1 :: :: 1464.67

variable i I

TABLA 2-1. Especificaciones de operaci6n de la unidad termoeléctrica.

I 2.1.2. N¡vel.de control automático

Los objetivos fundamentales del control de una UTE son los de suministrar al consumidor la potencia que requiera, hacer uso eficiente del combustible, reducir al mínimo el desgaste d e la central y evitdr cualquier peligro al personal o un daño a la central. Los requerimientos de los sistemas ,de control, además de solventar otras necesidades que dependen de los requerimientod de desempeño de la UTE', pueden satisfacer las que.a ,continuación se agrupan en cuairo categorías .principales:

I

-

l a) Calidad del Servicio, en cuanto a mantener el voltaje y la frecuencia. Para ello se necesita que el sistema he control responda en forma rápida y precisa tanto al comando de despacho como a las perturbaciones de frecuencia y voltaje:

Confiabilidad. En cuanto a respuesta rápida y uniforme a cambios en la demanda de potencia durante emergencias, como pérdidas de una línea de transmisión, disparo de

b)

Ver el nivel de proceso. I

I ' UPlWLD 2: Ul l l lTD DEL PROBLEM

una planta, etc.e I I

2-7

c) Restablecimiento del sdrvicio. Después de una emergencia, la planta debe ser capaz de operar establemente e bajas cargas o poder reiniciar su generación en un tiempo cono.

Costo de producción de energía eléctrica. Esta categoría está relacionada con la I reducción de costos relacionados al consumo de combustible, lo que implica que haya

Para objeto de esta tesislse consideran Únicamente los lazos de control de las variables de mayor jerarquía de la unidad, estas variables son: la potencia generada, la presión de vapor principal, el flujo de aire'para le combustión y el flujo de combustible. Estos lazos de control7 son los que el operaddr utiliza para desplazar a la unidad en un rango permisible de operación del 50 % al 100 %.I

d l

una operación eficiente 1 ,de la unidad tanto en estado estable como en transitorios.

~

El operador manipula (a unidad mediante tres configuraciones básicas de los controladores de esquema. Estas configuraciones son, en el sentido práctico, estrategias de control que permiten operar a las unidades de manera cíclica y por lo tanto ser más susceptible a las exigencias1 en la variación de carga demandada [DUR71]. Estas configuraciones serán llamadas en lo sucesivo "esquemas de control CTG (Caldera Turbina Generador)". Las características de estos esquemas de control se definen completamente en los módulos de control de la turbina y de control de la demanda maestra del generador de vapor [GON83]. Estos dos módulos realizan las acciones fundamentales para satisfacer la demanda de carga.

La unidad utilizada en esta tesis opera originalmente con un esquema de control CTG específico desde el arranque hasta el paro, de tal forma que, cada vez que se necesita reconfigurar los controladores de esquema, el operador realiza una secuencia de operaciones de paro y arranque. Cabe mencionar que los parámetros de los controladores de esquema

A continuación se revisan las estrategias de control típicas de una unidad termoeléctrica; en particular, de presentan los tres esquemas de control CTG clásicos: Caldera en seguimiento de Turbina, Turbina en seguimiento de Caldera e Integrado.

Caldera en seguimiento de turbir!.. En este esquema de control la señal de demanda de carga del sistema incide directamente en el control de la turbina, el cual modifica la apertura de las válvulas gobernadoras en funcibn de las variaciones de dicha demanda. Esto produce un cambio en las condiciones de presión y flujo de vapor principal que entra a la turbina, y causa

I .

' tienen valores predeterminados para cada esquema de control CTG iSOL841.

1

1 e También es importante mejorar le confiabilidad del equipo, pues tenerlo fuera de servicio aumenta e1 costo de le producci6n de energla eléctrica, ai que se refiere el inciso Idl.

En lo sucesivo se nombraran "conuobdores de esquema'. 7

I

2-8 CAPITULO 2: &WIT0 DEL PROBLEM

que el control de demanda maestra de la caldera actue para restablecer la presión de vapor a su valor normal. El resto de los lazos de control, actuan acorde para que la unidad responda al cambio de carga que se demanda. Ver la figura 2-3.

I I I

Potencia Generada

íMW1

Aire

Combuslble

C = Generador dedapor (CaWa] T = Conjunto de Turbinas de V a w G = Generada E k l r i c o

CC = Controlde Carga acv = Apertua Válvula Gobernadas

cbmd = Demanda Maestra delGeneracbr 1

CP = Controide Reson 62 V W I

I 1 I: 1 Figura 2-3. Esquema de Cont ro l CTC: Caldera en eeguimiento de Turbina ( C ==> T).

I A continuaciOn se 'bnlistan las características principales del esquema de control CTG

c = = > T : I a).-

. b).-

C).-

dl.-

e).-

Los valores de los parametros de control deben ser tales que el control de presión de vapor (caldera) opere en' exceso', para recobrar la energía. perdida y así satisfacer la ndeva demanda.

C,uando la energía que se tiene almacenada en el generador de vapor no se recobra cdn la misma rapid& cod que se utiliza, la potencia generada tiende a oscilar alrededor

Los valores de los mrámetros de control deben ser tales que el control de generación (turbina) opere 'moderadamente para evitar desbalances entre el generador de vapor y I& turbina. Esto reduce su capacidad de seguir fielmente la tendencia de la demanda.

Participa en el control de, frecuencia de la red.

I del valor deseado. I

Se tiene una rápida inicial a expensas de una menor estabilidad que se I

Usualmente con sobretiro. I

~

1 rmruto 2: m~ro DEL PnmLm

I manifiesta en la presión de vapor principal.

2-9

f).- Un incremento de flujo I ,de vapor involucra un decremento en la presi6n y temperatura del vapor y un aumento de los flujos de aire, combustible y agua.

tamaño, tipo domo (gran capacitancia) y presiones subcríticas.

En el conjunto de gráficas 2-1 a 2-4 se observa la respuesta característica de la UTE bajo el esquema de control CTG-C = = > T ante un desplazamiento de la demanda de carga. La UTE responde a un cambio !del 75 % al 100 % en la demanda de carga, el cambio es tipo rampa con una pendiente Uel 5 % Imin.

Las gráficas 2-3 y 2-4 nl ,uestran los índices: integral del valor absoluto del error I V A F de la potencia generada y eficiencia global de la UTE EfGVTE"; Estos índices han servido de apoyo en el análisis realizalo a las respuestas de la UTE, específicamente a la potencia generada y a .la presidn de vapor principal.

g).- Se aplica en unidades I generadoras de seguimiento de carga, pequeno y mediano

I

La energía total gastad$ está comprendida por:

Energía consumida por &ombas de agua de alimentación. Energfa consumida por ventiladores de tiro forzado. Energía consumida por bombas de circulación forzada. Energía consumida por~bombas de condensados.

I 1 ).- Combustible consumido"'. 2).- 3).- 4).- 5).-

O

10

NAE=/ I [ Gaga LYemandada] - [ Potenda Generada I I di

Energa EWdrica Generada Neta *, o. I Emrgia Totel Gastada

" El combustible utilizado es el cdmbust6le0, con un poder calorlfico de 10,300 Kcal/Kg.

Tu I

Iu

4 U

U 4 U u

-

r I

(u

4 U

U 4 U U

-

2-11 1 ClPlIULO 2 : ME110 DEL PROBLEM

I Turbina en seguimiento de caldera. La señal de demanda de carga, en este caso, llega directamente al control de demanda maestra del generador de vapor. Este utiliza la señal para modificar las condiciones de los flujos de combustible y aire, e indirectamente afecta ai flujo de agua de alimentación y la razón de expulsi6n de gases de la cornbusti6n. Estos cambios causan una modificaci6n en la presión del vapor principal, lo que hace que el control de la turbina modifique la apertura de las válvulas gobernadoras. Ver la figura 2-4.

I

I I1 I

Potencia Generada

C C = Controlde Carga acv T Aperlva Vblvula GohwnadCxh

C =Generada be Vapor ICaMera) T = Coniunto de TurbiMs de Vapa

G =Genrrador E I ~ G I I I C O cbmd = Demanda Maes11o deiGewramr ~

I

CP = Coiitrolde P r e h de Vaca8 I

p i a 24 . Esquema de Control CTG: Turbina en seguimiento de Caldera IT = = >- CI.

A continuaci6n se enlista r l . , las características principales del esquema de control CTG i T = = > C:

a).-

b).-

C).-

d).-

e).-

f).-

Se tiene un alto grado de/estabiiidad.

No se aprovecha la energía almacenada y disponible en el generador de vapor para seguir la tendencia de la demanda.

I

El control de frecuencia es anulado por el control de presión. , . 1 I

No contribuye a mantenei la estabilidad de la red.

Los parámetros del contr 1 ,I de presi6n de. vapor (turbina) pueden ajustarse a valores mayores que en el esquema de control "caldera = = > turbina", por la estabilidad inherente de la unidad.

Para corregir perturbaciones en el generador de vapor, es necesario que exista un error en la potencia generadal limitando la acción del control de generación aún en operación normal.

CAPITULO 2: MülTO DEL PROBLEM 1 '

2-12

81.- Se aplica en unidades generadoras de carga base y/o de gran tamario, para puesta en marcha y cuando hay lihlitaciones en el funcionamiento del equipo.

La principal limitación es la inercia tan grande al cambio en la generación de potencia, ya Que la turbina debe esperar a que el generador de vapor responda a la demanda.

En el conjunto de gráficas 2-5 a 2-8 se observa la respuesta característica de Ia'UTE bajo el esquema de control CTG T = = > C ante un desplazamiento de la demanda de carga. La UTE responde a un desplazamiento del 75 % al 100 % en la demanda de carga, el desplazamiento es tipo rampa con una pendiente del 5 % Imin.

- h).-

I

I I

I i

l-.

2- 14 1 CAPITULO 2: AMBIT0 DEL PROBLEM

I

Integrado o coordinado. En &e esquema de control la señal de demanda de carga del sistema llega simultáneamente al control de la turbina y al control de la demanda maestra del generador de vapor. El control de la turbina modifica la apertura de las válvulas gobernadoras, lo que produce un cambio en las condiciones de presión y flujo de vapor principal. El control del generador de vapor se encarga de mantener las condiciones de presión y temperatura del vapor sobrecalentado, esto produce una respuesta inicial rápida a la señal de demanda de carga. Ver la Figura 2-5.

Demanda

! , Figura 2-5. Esqueme de Control CTG: lntwrado

1 Como la señal de demanda de carga también se recibe en el control de demanda maestra del generador de vapor,,éste utiliza la señal para modificar las condiciones del flujo de combustible y aire, e indirectamente propicia la modificación del flujo de agua de alimentación y la razón de expulsión de gases de la combustión. Estos cambios producen una modificación de la presión de vapor principal, io que 'hace que el control de la turbina modifique la apertura .de las váljuias gobernadoras.

Integrado:

a).-

A continuación se enlistan las características principales del esquema de control CTG I Se tiene una'rápida respuesta inicial.

I b).-

c).-

d).-

Alto grado de estabilidad en la respuesta de la unidad.

Participa en el control de frecuencia de la red.

La señal de demanda de la carga se aplica como señal anticipatoria tanto a la turbina como al generador de vap&.

2-15 1 I

CAPITULO 2: U l B l T O DEL PROBLEM

e).- La señal de demanda' de la carga no se afecta por ninguna de las variables a controlar'*.

Un cambio en la señal1 de demanda de la carga genera un cambio inmediato en la regulación del generad& de vapor y la turbina sin necesidad de errores en generación o en presión de vapor principal.

fi.-

g).- Se aplica en unidades generadoras de seguimiento de carga, y lo de pequeño y mediano tamaño, un paso y presiones supercríticas.

En el conjunto de gráficas 2-9 a 2-1 2 se observa la respuesta característica de la4JTE bajo el esquema de control CTGlntegrado ante un desplazamiento de la demanda de carga. La UTE responde a un desplazamiento del 75 % al 100 % en la demanda de carga, el desplazamiento es tipo rampa con una pendiente del 5 % Imin.

De acuerdo a las respueltas característias.de la UTE bajo los tres esquemas de contro'i CTG, se observa que el esquema Integrado consigue el menor IVAE.de la potencia generada y los esquemas C = = >T y TI= = > C lo superan en 32 % y 185 %, respectivamente. Por otra parte, la presión de vapor principal se mantiene dentro del rango de operación normal para los tres esquemas. En cuanto a la eficiencia global de la UTE, es similar para los esquemas C = = > T e Integjado, pero en el caso .del esquema T = = > C la curva baja considerablemente al producirse el sobreimpulso máximo en la potencia generada. El esquema C = = > T es similar en eficiencia al esquema Integrado pero acumula mayor cantidad de error de los dos po~r cada desplazamiento. que presente la demanda de carga. El esquema T = = > C es el menos eficiente y el de mayor acumulación de error de los tres por .cada desplazamiento que presente la demanda de carga. Con estas observaciones se establece que el esquema db control CTG más adecuado para operar a la UTE ante desplazamientos en la demanda de carga es el Integrado, por lo que se prescinde.del

!

esquema C = = > T en el desarrollo I de este trabajo.13 , .

En cuanto a la.operación!de la UTE ante valores constantes en la demanda de carga, el esquema de control CTG más adecuado es el T = = > C. Debido a que presenta una inercia muy grande y a que es menos vulnerable ante fallas externas (situaciones anormales -en la red tales como rechazos de carga, etc.). Además es el único que permanece operand^'^ al presentarse alguna falla interna (falla en equipos tales como bombas, ventiladores, etc.), aunque su dapacidad de generación se vea reducida.

I

l 2 .Lo.cual es una ventaja sobre ellfiujo de vapor

l 3 Además de estas observaciones. en el capttulo 5, secci6n 1, se complementa esta decisi6n.

'' Evitando un paro innecesario y ieduciendo las repercusiones en el sistema externo. I

cn N I 8

I CAPIiULO 2: U I B I i O DEL PROBLEM 2-17

2.2. NIVEL DE CENTRAL TERMOELECTRICA

El propósito básico del nivel de central es el de mantener operando cada unidad generadora de tal manera que bi desempeño de la misma sea el más econ6mico; además de mantener la generación de energía de manera presta, suave (sin saltos) y estable, a apesar de la existencia de disturbios en la red de potencia eléctrica y de cambios de referencia en la operación. La central programa continuamente las salidas de los generadores eléctricos, tomando en cuenta las necesidades del área particular de abastecimiento, las limitaciones de cambio de carga caldera-turbina de cada unidad y la seguridad de transmisión de la energía.

A fin de poder responder siempre de manera 6ptima a la demanda de electricidad que varía cada hora, cada día della semana y cada estaci6n,'los.supervisores operan a las unidades de generación en diferentes formas: En carga base. mantienen a las unidades generando a un nivel de.carga constante durante períodos prolongados. En carga intermedia o "seguimiento de carga", adancan y paran a las unidades a menudo diariamente, y las operan con carga ~ a r i a b l e ' ~ o carga máxima durante un determinado número de horas. Eri carga de punta", guían a las unidades para cubrir puntas de carga de corta duraci6n ("horas pico"); las habilitan vahas veces cada día durante cortos tiempos.

, .

En la figura 2-6 se muestran las tres formas genéricas de la demanda de carga programada por el nivel de ce/tr.al para la UTE en condiciones de operación normal.

En la forma I, la UTE se encontrará operando en estado estable ante un valle en la demanda de carga. En esta forma el supervisor considera adecuado operar a la UTE bajo el esquema de control CTG T = ='> C.

En la forma II, la UTE se lencontrará operando en un lapso anterior a un cambio én la demanda de carga. En esta forma el supervisor determina si la UTE está en condiciones de aceptar el cambio en la demanda de carga, retrasarlo o rechazarlo. En caso de que el supervisor considere adecuado que la. UTE puede aceptar el cambio en la demanda de carga, verifica que el esquema de control CTG sea el Integrado y en su defecto realiza el cambio de esquema.

I ' En la forma 111, la UTE Se encontrara operando ante un cambio en la demanda, de

carga. En esta forma el supervisor mantiene operando a la UTE bajo el esquema de control . CTG Integrado. 'I

.16 Siempre que las variaciones de'carga no sean drásticas.

le Las unidades que abastecen ca/gas.de punta, son utilizadas, debido a la disponibilidad a corto plazo da su potencia, como unidades de reserva'destinades a cubrir la potencia disponible reducida en caso de falla en una instalaci6n acoplada a 18 red de abastecimiento.

: I

2-15 UPlTULO 2: M I T O DEL PROBLEMA

I I

Demanda de carga

Form I - Le=- Forma 111

< Tiempo

A manera de síntesis,l se tiene que, el operador encargado de supervisar el .funcionamiento global de una UTE es el medio de.integraci6n entre el sistema de información y el de control de procesos de la UTE. Este supervisor es quien, entre otras actividades, recibe instrucciones del nivel d e central para asignar los cambios de carga en la unidad. Para llevar a cabo esta tarea, el supervisor debe contar con la habilidad y el tiempo necesarios, del orden de 5 min. 'a 1 hr. IIEE731, que le permitan analizar el estado operativo de la unidad y asf emprender la secuencia d,e operaciones requerida.' Al llevar a cabo una secuencia de operaciones el supervisor debe ,percatarse de la configuración de los sistemas de control en ese momento. De esta configuración depende si.procede el cambio de carga o si es necesario una reconfiguración previa al cambio de carga. La esencia de este problema es guiar a la unidad de generación de tal manera que ésta siga a la demanda de carga, en tanto que sus variables permanezcan dentro de 'tolerancias especificadas alrededor de sus valores' nominales. La realización conti,nua de esta tarea involucra experiencia acumulada por el supervisor. En la figura 2-7 se muestra el diagrama de contexto de las .actividades del supervisor descritas en este párrafo.

Los requerimientos primordiales localizados son los siguientes:

' Es necesario usar los esquemas de control CTG para reconfigurar el nivel de control automático, cuando la unidad se encuentre en condiciones de operación normal;y sin tener que recurrir necesariamente a una secuencia de operaciones de paro y arranque.

ai.-

I

2-19 1 c*PITULO 2: UlBlTO DEL PROBLEM

SUPERVISOR , . A

Reconf igurar i Información

! t Variables Errores . CONTROLADORES manipuladas m

Lazos de retroalimentación

A otros niveles superiores

NIVEL DE CTE

Var ¡able5 de salida *

iura 2-1. Diagrama da contaxto da Id5 actividaded del suparvisor.

b);-

C).-

d).-

e).-

f).-

La reconfiguración de los, controladores de esquema debe realizarse en línea desde la estación supervisora. Esta reconfiguración implica actualizar los valores de los parámetros de los controladores de esquema, para cada esquema de control CTG.

El cambio de esquemalde control CTG debe llevarse a cabo automáticamente dependiendo de las condiciones de la unidad y de las consignas del nivel de central.

Mantener de manera independiente los procesos ejecutados (por computadora) en los niveles de control automático y control supervisorio.

Mantener informado al nivel de CS de las características relevantes de los controladores de esquema.

Recibir, del nivel de cendal, los comandos de programación para las salidas de los generadores, para proporcionar los puntos de referencia (forma de rampa) para el control de la potencia generada.

I CAPITULO 2: lYBlT0 DEL PROBLEIU

REFERENCIAS: ~

2- 20

[ALL841.

[JOS851

' [POL841 [SEVSl I

[JAC851

[MEL771

[IEE701

llEE731

[RAF83]

iCYR871

IDUR711

[GON831

[SOL841

[RAM831

[SOL851

[MADS1 1

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I

CAPITULO 3

MARCO REFERENCIAL

La evolución tecnológicb, según [ROS74], muestra dos transiciones que han sido de fundamental importancia con respecto al desarrollo económico, social y científico para la humanidad. Estas transiciones son conocidas como la primera y segunda revoluciones industriales. La primera consistió en la utilización de máquinas en la sustitución de trabajos musculares efectuados por seres humanos o animales -por lo que se le denomina edad de la mecanización. A la segunda se le conoce como la edad de la cibernetización (automatización’) o la revolución cibernética, la cual consiste en la utilización de las computadoras en la sustitución de trabajos mentales efectuados por seres humanos.

La cibernetización es una filosoffa de la tecnología y una manera de analizar y de organizar el trabajo; su importancia consiste en crear información automática y sistemas de control. El carácter distintivo de un sistema cibernatizado’ es su analogía al sistema psiconeuromuscular del hombre3 iRE1621, 1110881.

,

En este capítulo se analiza el concepto de automatización aplicado al control supervisorio de procesos. En ell primer apartado se enfatiza la importancia de la integración como un factor ineludible en la.automatización industrial moderna. En el segundo apartado se aborda.el aspecto pragmático de la integración automatizada y en particular, de la tarea del control supervisorio de procesos.

’ Cuando se pierde la diferencia’ cualitativa entre mecanizacidn y automatización es preferible utilizar el término cibernetización.

En lo sucesivo se utilizará la palabra automatizacl4n en lugar de cibernetización;

Con un cerebro lcomputadoral, brazos lcontroledores y . actuadoresl. conexiones (ciclos de retroalimentaciónl, drganos sensoriales lsensoresl y modos de trabajo ItXp¿tCidad y tradici4ni.

I

CAPITULO 3: NMCO RETERENCIAL 3 -2

3.1. INTEGRACION , La automatización industrial moderna se caracteriza por una tendencia cada vez más

fuerte hacia la integración [CAPSO]. Las motivaciones y requisitos de la integración se pueden resumir de la siguiente manera:

ai.- Aprovechar toda la información útil. Este objetivo se consigue conectando a un medio de comunicación adecuado ired 'local) todas las entidades relacionadas con dicha información, de tal manera que se unifiquen los sistemas de información con los sistemas de adquisición y control de procesos.

Aprovechar eficazmente la inforrnaci6n. Para alcanzar este objetivo es fundamental: b).-

1 ).- Representar bien la información disponible. Este requisito conduce al concepto de supervisión avbnzada, mediante una interfaz hombre-máquina sofisticada.

Donde.sea posible, sintetizar los datos de bajo nivel en informaciones más significativas: filtrar alarmas, automatizar los diagndsticos de las anomalías previsibles, etc. . A partir de los datos disponibles, aconsejar al operador las formas de reacción más adecuadas, e incluso efectuar automáticamente las estrategias de corrección o de optimización necesarias.

2i.-

31.-

Las tentativas de automatización se han llevado a cabo modularmente, de manera que si han mejorado el comportamiento de determinadas áreas, en otros casos han impedido la posibilidad de una integración completa. Aunque en la actualidad se sigue llevando a cabo una automatización modular limitada, la automatización integral se empieza a ver. más próxima.

Actualmente, el equipamiento técnico de planta, está mostrando una orientación hacia la utilización de computadoras personales' y software de gran flexibilidad que puede ser suministrado por empresas diferentes de los suministradores de instrumentación. AI respecto, la tecnología de fabricación inte'grada por computadora CIM es partfcipe de la integración de un sistema de automatización de cobertura total, en base a un sistema informático común a las áreas de producción que permita tener la'información necesaria en los lugares y tiempos requeridos, para mejorar la capacidad global de procesamiento de una planta.

Debido a que: a) pueden ser un punto de partida de bajo costo, b l permiten una implementaci6n modular, CJ poseen una arquitectura sistemática flexlble. dJ requieren mantenimiento factlble y feci1 y el permiten una implantaci6n de abajo hacia arriba.

' WINLO 3: wco REFEREYCIAL 3-3

3.1 .l. Conceptos de Fabricación Integrada por Computadora (CIM)

La tecnología CIM es una estrategia Para la organización de actividades de fabricación y de información de una empresa, mediante la unificac*ión de los componentes de "hardware" y "software" de modo que se obtenga una solución integrada empleando computadoras iWIL841. En otras palabras, CIM es un concepto estratégico en los sistemas modernos de automatización, enfocados hacia la implementación de la empresa totalmente automatizada (CIE).

El objetivo del CIM es incrementar la productividad, la cantidad del producto y la flexibilidad del proceso, disminuyendo al mismo tiempo el costo del producto y el tiempo de producción. El CIM no es una meta en sí, sino un medio o alternativa estratégica para asegurar la supervivencia a largo plazo de las empresas'.

Tomando como criterio' el hecho de que en una empresa puede distinguirse una frontera entre' aquellas unidades funcionales en donde la computadora serviría primordialmente como una herramienta de soporte para la' toma de decisiones; de aquellas unidades en donde ejerce la función de control por sí misma, el Comité del Modelo de Referencia del CIM del International Purdue Workshop on Industrial' Computer Systems restringe el alcance del modelo de referencia del CIM a aquellas funciones que .puede realizarlas una computadora en 'forma relativamente independiente sin requerir, o haciéndolo en forma mínima, de la participación de la innovación humana para su ejecución iWIL891, ver la figura 3-1. Bajo este punto de vista el CIM comprende la totalidad de las funciones de fabricación de una empresa'.

La introducción de CIM debe ser vista como una solución a largo plazo y debe ser planeada de acuerdo a los requerimientos especlficos de cada compañía. No hay soluciones universales o procedimientos convencionales para el CIM. El éxito de una implementacióri depende menos en la tecnología, que generalmente ya existe, que en el cometido administrativo y en una visidn clara del futuro de la compafiía. El obstáculo principal con el que se ha encontrado la mayor parte de las implantaciones CIM, en el área de control de procesos continuos y discretos, ha sido la falta de estandarización IREY891. La estandarización para las pequeñas y medianas plantas de control de proceso ha evolucionado

En la d6cada paseda muy pocas empresas en nuestro pals podlan aspirar a beneficiarse da la tacnologla CIM. Actualmente, con la avoluci6n continua de los sistemas digitalas, esta tecnologla ha pasado a formar parta de la planiflcaclón a corto,plazo de emwasas de todos los tamaños Y cuyas aspiraciones sean !as de mantenarta sin riesgos de extinción.

Las unidades de administración corporativa, finanzas, .compras, investigación, desarrollo a ingenierla se encuentran fuera del modelo de referencia del CIM debido al contenido de innovación humana que involucra su realización (estudios de mercado de nuevos productos, oasarrollo de ingenierla, invenciones, acciones de competidores. cambios en condicionas económicas, etc.). Con respecto al sistema de automatización son consideradas como influancias externas cuya magnitud y duración no puede predecirse y cuyo efecto puede llegar incluso a causar un rediseho completo del sistema de automatización. Tampoco el equipo y maquinaria de fabriceción ae consideran parte del modelo de referencia del CIM.

3 -4 CAPITULO J: u r n REFEREYCIAL

I Planesdeórdenes 1 1 Información de

I I de ventas requeridas

I I I histbricas & I

ADMINISTRACION DE MODELO I I LA INFORMO) (

REFERENCIA Y

DEL CIE I MODELO DE

> REFERENCIA

DEL CIM

Comandos de A c t uac i6n I Se nsores

V I

Y EaUlPO DE MANEJO DE MATERIM P U M A (PROCE808)

%gura 3.1. Alcance del modelo de referencia del CIn .

paralelamente a la estandarización que ha impuesto' la computadora personal PC y sus compatibles, debido a la gran cobertura de servicio hardware y software en base al sistema operativo MS-DOS que disponen en el área de ingenierla de control [KOM881.

La experiencia obtenida en las más variadas ramas de la industria muestra que, la automatización distribuida utilizando sistemas dedicados capaces de adecuarse a .las condiciones particulares de cada caso proporciona la mejor opción para la implantación del CIM. En [110881, los autores concluyeron, en torno al sistema de control y monit.oreo, que la arquitectura sistemática "jerárquica funcional-estructurada y autónoma" es la más conveniente y práctica para las plantas generadoras que utilizan combustibles fósiles. En esta arquitectura, hacen énfasis en la adopción de estrategias contrastantes de distribución e integración, relacionándolas de manera armonizada y .efectiva; además, determinan una analogía con los mecanismos .del cuerpo humano.

.La característica principal de CIM es su estructura jerárquica denominada p i r h i d e de la automatizaciOn, la cual no coritempla pérsonas iDAV891. Los niveles están integrados por computadoras y otros equipos automáticos de fabricación. De esta manera, se pretende tener toda la decisión, control y funciones de procesamiento de información a base de computadoras. En términos generales, la estructure descentralizada para la toma de decisiones que ya existe en la mayoría de las áreas de producción forma la base para la automatización distribuida. Esta a su vez da lugar a las jerarqulas de automatización que reflejan los diversos niveles de tareas para la administración y control de la producción, ver

CAPITULO 3: wim REFEREYCIAL 3-5

L T CONTROLADORES

DGITALES DEDICADOS

ESPECIALIZADOS

AMINISTRACKIN OROENES DE LA INFORMACDN - DE VENTAS LA PRESENTKDN

DE CATOS

CavlUNlCAClON CON OTRAS AREAS

GESTWNDEU OPERACONAL PFODUCCWNY

Y DE PRODUCCDN A h O N OPER4COWL

NIVEL 4

A

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

COMUNICACION CON OTROS SISTEMAS SUPERVISORIOS

CONSOLA DE SUPERVISORES

I A

COMUNICACION CON SUPERVISORIO OTAOS SISTEMAS

DE CONTROL S!JPERVISORES

igura 3-2. Pirámide de la automatlracl6n de una Planta Industrial (de Proceec mtlnuos).

la figura 3-2. Sus características más sobresalientes incluyen: 1 ) el desacoplamiento de niveles jerarquicos para una disponibilidad más alta, 2) la transferencia de la toma de decisiones hacia abajo, para realizarlas mejor, 3) el almacenamiento de datos en el lugar de origen para mantenimiento y respaldo más directo, 4) la reducción de la transferencia de información a un mínimo para un mejor entendimiento del proceso y 5) el preprocesamiento de datos en todos los niveles para eliminar errores.

El nivel inferior (nivel 1 ) realiza el control digital directo en cada lazo o conjunto de lazos de retroalimentación. La computadora, del tipo que sea, encargada de su ejecución; tiene a su cargo la adquisición de los datos del proceso mediante sensores, su correcci6n y acondicionamiento, comparación de las señales con los límites de las alarmas, envío de los mensajes e informaci6n oportunas al nivel superior, y determinacidn de la señal a enviar a los actuadores, de acuerdo con el algoritmo de contro! seleccionado por el nivel superior y con' la consigna fijada por éste. En este nivel se tienen tiempos de respuestas del orden de 0.1 seg. a 1 hr.

3-6 UPlWLO 3: ü(RW REFERENCIAL

El siguiente nivel (nivel 21, de control supervisorio, además de la selección del algoritmo de control a emplear por el nivel inferior y de fijar las consignas que en cada momento debe tener cada lazo de retroalimentación, comprueba los valores de las variables y sus tendencias, y genera las alarmas oportunas si sobrepasan los valores prefijados, tomando además las acciones correctoras necesarias para eliminar las tendencias anómalas. Además realiza la coordinacióti de varios controles directos de nivel inferior. En este nivel se tienen tiempos de respuestas del orden de 10 min. a 6 hr.

El tercer nivel, de coordinación inter-área, tiene como finalidad el control y organización de la producción de toda el área, mediante balances de material y de energía, que ha de optimizar, por lo que este nivel se conoce también por ese nombre. Según los resultados de la optimización, se establecen las condiciones de operación de cada proceso del área y las envía a cada control supervisor que se encargará de adaptarlas y distribuirlas a los controles directos. En este nivel se tienen tiempos de respuestas del orden de 1 hr. a 1 dla.

El siguiente nivel (nivel 4-A), de gestión de la producci6n y administración operacional, integra la información y gestión de todas las áreas y planifica la producción del,conjunto de la empresa, con el secuenciado de las distintas secciones y la colaboración de todas ellas. En este nivel se tienen tiempos de respuestas del orden de 1 a 5 días.

El nivel superior (nivel 4-81. de administración de la información, establece los planes de producción y la polltica de fabricación a partir de los pedidos, recursos, costos y mercado existentes. En este nivel se tienen tiempos de respuestas del orden de 5 a 20 días.

En este trabajo de tesis se consideran de suma importancia los conceptos de CIM, referente a la tarea de Integración, entre la administración y el control de procesos de una ‘UTE, que desempeña.el supervisor’. La estructura descentralizada del sectoi eléctrico del país, desde una perspectiva global, presenta la base para la automatizaci6n distribuida, la cual a la vez, permite proyectar los niveles y tareas de la estructura piramidal de la automatización.

3.2. ASPECTO PRAGMATIC0 DE LA INTEGRAClON AUTOMATIZADA

La automatización total o parcial de las tareas de supervisión y control de procesos industriales requiere el empleo de técnicas que permitan tratar de forma adecuada el conocimiento heuristic0 del operador, puesto que los métodos analíticos tradicionales no prometen resultados oportunos. [OLLSSI. En el Japón, la filosofía de la automatlzaci6n de planta establece simular el comportamiento de los operadores humanos en la manipulación de las plantas generadoras de energía eléctrica (que utilizan combustibles f6silesl. AI respecto [CHRSO] considera que, con el surgimiento de las tecnologlas de la inteligencia

’ Ver seccidn 2.3, requerimientos.

3-7 U P l M O 3: MRW REFEREYCIAL

artificial (IA), la computadora ha dejado de ser una máquina que únicamente procesa información y reduce el flujo de datos al operador, para convertirse en una que emule ai ser humano en la resolución de un problema en un ambiente de tiempo real. La IA no pretende reemplazar a los operadores, pero sí asistirlos ampliamente en el desempeño de sus tareas complejas de operación de sistemas, de manera fiable y económica.

Las aplicaciones de entorno industrial en Ifnea, como la que se trata en esta tesis, están fundamentalmente dirigidas por los datos, donde el operador está continuamente vigilando el estado de un proceso, y extrayendo conclusiones de las observaciones. Este comportamiento que el operador realiza a menudo, manifiesta un proceso de razonamiento denominado encadenamiento hacia adelante, puesto que el razonamiento se dirige de las observaciones a las conclusiones. En la práctica, la mayoría de la8 aplicaciones en línea tales como monitorización de procesos, manejo de alarmas, control y configuración y planificación se basan fuertemente en el proceso de inferencia de encadenamiento hacia adelante ITAU881.

Varias aplicaciones de sistemas expertos' (SE) han sido desarrolladas para la operación de plantas de generación y de sistemas de potencia [CHR 901. En [TIA871 se plantea la utilización de un SE para desarrollar un sistema de control supervisorio experto (SCSE), el cual se emplea para satisfacer la demanda de operación de una planta generadora de electricidad (que utiliza combustibles f6siles) con carga variable, de tal forma que, cuando se demande variación de carga en la planta, el SCSE seleccione la estrategia de control utilizada por el sistema de control automático de procesos para mantener un buen desempeño de la operaci6n de toda la planta.

Varios autores publican la incorporación de un SE en el control supervisorio de procesos industriales en línea (TAU881, iMIY881, [CHRSOI, IROW891, [SUS89], [AK1881, [OLL89]. Para que exista la posibilidad de atacar un problema de supervisión y coordinación de controladores con un sistema experto e n tiempo real SETR' o en línea, además de demostrar la viabilidad del enfoque de SE, es necesario resolver básicamente los siguientes problemas:

Según [FE182], un sistema experto 'es un program inteligente de computadora que utiliza procedimientos cognoscitivos y de inferencia para resolver problemas suficientemente diflciles como para requerir pericia humana para su soluci6n. Los conocimientos necesarios para trabajar a tal nivel, m4s los procedimientos de inferencia utilizados, pueden ser considerados como un modelo de competencia de los mejores especialistas de ese campo.

Los Sistemas Expertos en Tiempo Real (SETR¡, también conocidos como SE incorporados o integrados, son similares a los SE convencionales salvo gue tienen que desempetiarse en llnea con su entorno, esio es, deben pronosticar respuestas en el mismo o menor orden db magnitud de tiempo que su medio ambiente. Son "sistemas expertos activos'. Da esta manera los SETR pasen del papel característico de asesores interactivos que solamente sugieren soluciones, el rol activo de implementador de soluciones e informador de lo realizado.

ai.-

b).-

C).-

d).-

U P I l U L O 3: lURC0 IIEFEIIEYCIAL 3-8

Adquisición previa del conocimiento de los técnicos y operadores; conocimiento general en Ingeniería de Control, y sobre las características de la planta o proceso.

Obtención en tiempo real, a partir de las medidas de los sensores, de una descripción del estado del proceso que se está controlando en términos simbólicos que sean tratables por un mecanismo de inferencia.

lnterfases que permitan, a partir de las conclusiones del proceso de razonamiento, la ejecución de los procedimientos necesarios para intervenir en los controladores, y la presentación de información al operador de forma apropiada.

El "hardware" de la computadora debe ser suficientemente robusto como para cumplir las condiciones del entorno industrial; la dinámica del proceso a controlar debe ser ' lenta respecto al tiempo de respuesta del SETR.

'

En [RAY911 se describe la utilización de un sistema de control reconfigurable que incorpora un módulo autodidacta. El sistema puede ser aplicado a procesos continuos relacionados con las plantas generadoras. El agente autodidacta evalúa el desempeño del sistema y reconfigura el sistema, conmutando al controlador más adecuado al desempeño del sistema en un instante dado.

CAPITULO 3: MARCO REfEREWClAL 3-9

REFERENCIAS:

[RAY91 I

[TAU881

[SANSO]

[ROL901

I 2 DE 8 8 I

[ESC89]

[SAL851

[CHA841

[MAR841

t

IRIC831 [FE1821

[WIN841 iWIL841

ICAP9Ol

[ROS741 [RE1621

(GEV851

[OLL891

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1 15-1 20.

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CAPINLO 3: MUM) UEFERENCIAL 3-10

íKOM881

iORT891

[SUS891

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iROW891

iDAV891

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1988, pp 445-460.

23-26.

CAPITULO 4 - 2

DESARROLLO DEL PROTOTIPO

Un prototipo es un modelo piloto o de prueba, en donde el diseño evoluciona con el uso. Con el desarrollo de un prototipo se busca ensayar ideas y generar hipótesis relacionadas con los requerimientos. Se concede mayor importancia a los requerimientos del sistema, no a las necesidades secundarias de procesamiento; el desarrollo gira en torno a lo que es esencial. En este capltulo se presenta el desarrollo del prototipo del SICAGUT. En el primer apartado se describe el modelo conceptual, el cual representa cualitativamente sus funciones. Además, se presenta el diseño, el cual describe, mediante diagrarnas de flujo y pseudocódigos, la manera en que el SICAGUT desempeña sus funciones.

4.1. MODELO CONCEPTUAL

En la figura 4-1 se muestra el diagrama de contexto de la arquitectura del SICAGUT. El SICAGUT se relaciona con el nivel de CTE. el operador, la UTE y con los sistemas de control automático de dicha unidad. El nivel de CTE proporciona información del curso de operación asignado a la UTE. El SICAGUT recibe información procedente de la UTE, que se refiere al monitoreo de sus condiciones globales de operación. Además, el SICAGUT mantiene estrecha interacción con los sistemas de control automático de la unidad, de tal forma que los requerimientos de desempeño de dicha unidad en su operacion normal, sean cubiertos satisfactoriamente. El SICAGUT proporciona información al operador referente a sugerencias en la toma de decisiones en la seleccitn del esquema de control CTG más adecuado y en la autorización de los cambios de la carga demandada asignados a la UTE. El operador tiene acceso al SICAGUT para realizar una serie de peticiones, entre ellas, la de activar o desactivar al SICAGUT.

CAPITUM 4 i DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4- 2

SICAGUT

Sistemas de UmrO l automatic0

I ligura 4-1. Diagrama de c o n t e x t o da l e arquitectura del SICAGUT.

En la figura 4-2 se muestra el diagrama esquemático del modelo conceptual del SICAGUT, la linea angosta discontinua indica flujo de datos eventual. En el modelo se consideran los siguientes módulos:

a).- Transducciónl y TransducciónZ. b).- Consola. c).- d).- e).- Monitoreol y Monitoreo2. fl.-'

ldentificador de Estados Operativos (IEO). Selector Inteligente de Esquemas de Control CTG (SIEC).

Unidad de reconfiguración de controladores de esquema (URCE).

Los módulos de transducción permiten que en este nivel se opere con unidades de ingeniería (p. ej. psia, MW, Ibm/s, etc.), debido a que en el nivel de control automático se opera con valores de señales normalizadas (1 .a 5 .V cd). De esta manera el módulo Transducciónl se utiliza para comunicarse con la URCE. Después de recibir datos en Transducciónl se añade un dato más que proviene del nivel de central, el cual corresponde a la programación de la potencia demandada. Todos los datos de entrada son dirigidos a los módulos ldentificador de Estados, Consola y Monitoreol .

Por la trayectoria de la consola el operador puede generar cambios sobre el nivel de control automático directamente o habilitar al SICAGUT' para que éste reconfigure

' Dependiendo del estado que haya elegido el operador para ai SICAGUT: activo o no-activo..Las acciones para el cambio de esquema se realizan automáticamente por instrucciones del SIEC o se presentan como sugerencias e1 Operador en las consoias de control supervisorio.

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO

___ ._.

4- 4

I Figura 4-3. E s t r u c t u r a del IEO.

El SlEC es el elemento del SICAGUT de nivel más alto en la jerarquía de la automatización propuesta para la unidad termoeléctrica, en este trabajo de tesis. El SlEC selecciona el esquema de control CTG más adecuado para la unidad termoeléctrica en base a conocimiento heurística El SIEC lleva a cabo inferencias a partir de información dinámica (en tiempo real) de la potencia demandada, de la configuración del nivel de control automático y de la información que le proporciona el IEO referente a' la potencia generada y de la presión de vapor principal. En la figura 4-4 se muestra la estructura o modelo conceptual del segundo nivel del SIEC. En este nivel del modelado, se ha llegado prácticamente al modelo básico de un sistema basado en conocimientos, cuyos elementos principales son: la base de conocimientos íBC), la base de hechos (BH) y el rnecanisnio de inferencias (MI?. A la entrada del SIEC se tiene.un grupo de datos que se almacenan en la BH (hechos-inicio) procedentes del IEO, del nivel de CTE. del nivel de adquisición y control automático y del propio nivel de control supervisorio. A la salida se tienen cinco datos de la BH (hechos-objetivo) referentes al esquema de control CTG más adecuado y a la autorización de cambio en la demanda de carga, a manera de sugerencia para el operador o de aplicación automática. Internamente en el SIEC, el MI genera nuevos datos en la BH (hechos-inferibles) a partir de los hechos-inicio, apoyándose de la.BC hasta que se obtiene un dato que pertenece a los hechos-objetivo.

' En la BH se agrupan datos, en lugar de alQotitmos se Utilila un sistema de representaci6n del conocimiento de tipo declarativo lreglas heurísticasl que forma la BC. el control es llevado a cabo por el MI. El Mi, selecciona; decide y aplica el conocimiento de la BC, sobre la BH con el fin de obtener la soluci6n buscada. En [RICE31 o [ROL901 se encuentra m8s infoirnecibn sobre Le arquitectura de un sistema basado en conocimientos.

CAPITULO 4: DESAFtX0Li.ü DEL PROTOTIPO 4-5

HECHOS-INICIO HECHOS-OBJETIVO

m autorlzadón de cambloenla

demanda de carga

igura 4-4. Eetructura del SIEC.

El módulo SlEC opera eventualmente y sus decisiones son enviadas al módulo Monitoreo2 y a Transducción2 (a juicio del operador) para que posteriormente se envien a la URCE.

En la figura 4-5 se muestra la estructura de la URCE. La URCE ejecuta los cambios de esquemas de control CTG, interactuando con los controladores de esquema y con los módulos de Transducción 1 y Transducción 2. AI realizar el cambio de esquema, actualiza los valores de los parámetros de los controladores de esquema4. Además, recibe instrucciones del SlEC acerca de los incrementos en la demanda de carga y el instante en que se ejecutan. Cada vez que el SIEC recibe estas instrucciones, genera una rampa con pendiente de 5 % /min. Una de las funciones principales de la URCE es la de mantener informados a los demás módulos del modelo conceptual del SICAGUT, respecto de los controladores de esquema.

0

> . . . . . . ..

Estos valores, fiios para cada esquema de control, son los que se mencionan en el capítulo 2, sección 1.2. .. .

.., ... .;:-

jl

. . . , . .!.y,:?. .. . . . . . . . .

CAPITULO 4: DEBARROLLO DEL PROTOTIPO 4-6

. .

C = Generador de Vapor (Caldera1 T = Conjunto de Turbinas de Vapa G = Generador Eiectrico

C C : Control de Carga acv = Apertua Válvula Gobermdaa

cbmd z Demanda Maestra dei Genera&

r :Señal& Referencia

u I Salida del Controlador

esq ~ Esquma de Con,,ol CP = Control de Presibn -de Vapor

igura 4-5. Estructura de le URCE.

4.2. DISEÑO

4.2.1. Infraestructura de desarrolla

De acuerdo a la jerarquía de la automatización de una planta industrial, véase la figura 3-2, la infraestructura utilizada en el desarrollo de este trabajo cuenta con los niveles 1 y 2 correspondientes al control digital directo y al control supervisorio, respectivamente. En 13 figura 4-6 se muestra la infraestructura de desarrollo disponible para esta tesis. El nivel de control digital directo está conformado por el controlador industrial UMAC-6000, en donde se implement6 la URCE, y el nivel de control supervisorio por la estación supervisora íPC2). El controlador industrial UMAC-6000 se comunica, mediante la norma de comunicación serial RS-232, con una estación de desarrollo (PC3). La estación supervisora se comunica, mediante la norma de comunicación serial RS-485, con el controlador industrial.

4-7 CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIW

Acoplamiento AnaWco ,

Comunicacibn Serial

: Cornunicactbn

I I I lo . , f 5eria1

UMAC-GOO0 SIMULADOR DE

UNA UNIDAD ERMOELECTRICA

L 1 CONTROLADOR

INDUSTRU I ESTACION DE DESARROLLO

ESTACION SUPERVISORA

Sistemas de control de procesos Sistemas de información gura 4-6. Infraestructura de deiarrollo.

Entre el controlador industrial el simulador de una UTE íPC1 ).existe un acoplamiento analógico: el controlador industrial cuenta con un módulo de acondicionamiento analógico para enviar y recibir señales al simulador de la UTE: el simulador de la UTE envfa y recibe señales analógicas mediante las tarjetas de adquisición RTI-815.

El equipo PC.1, PC2 y PC3 es un conjunto de computadoras personales del tipo PC/AT, con microprocesadores 286. En la estación de desarrollo se elaboran los programas de aplicación que posteriormente se envían. se cargan y se ejecutan en el controlador industrial; la comunicación serial entre el controlador industrial y la estación de desarrollo utiliza el protocolo RS-232 KERMIT, desarrollado por el fabricante del controlador industrial. La comunicación serial entre el controlador industrial y la estación supervisora utiliza el protocolo RS-485 MCComm +, desarrollado también por el fabricante del controlador industrial.

El simulador de la UTE está validado para inicio de operación de 50, 75 y 100 % de carga. Tiene características dinámicas más lentas que las características dinámicas reales,

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4 -8

debido a que no está diseñado para operar en tiempo real y debido también a la velocidad de procesamiento del "hardware" de PCl .

Se desarrolló una interfaz gráfica para cada una de las computadoras personales PC1 y PC2. En la figura 4-7 se puede observar la interfaz gráfica para la computadora PC1, la cual muestra el comportamiento de la UTE a través del monitoreo dinámico de las variables: potencia generada, presión de vapor principal, flujo de combustible y flujo de aire para la combustión. Además se presenta el monitoreo de la apertura de la válvula gobernadora, error de la frecuencia de la turbina y la eficiencia de la unidad.

I

1 Tiempo S I w U W R D E U I U U ( M D m ~ ~ k w Potencia Generada [MW) 111

Flulo de Combustible (Lbmk) I m L 11

I Figura 4-1. Interfaz G r á f i c a del Simulador de una UTE ( P C l ) .

La interfaz gráfica desarrollada para la computadora PC2 permite llevar a cabo la tarea de los módulos Monitoreol y Monitore02~. En la figura 4-8 se muestra el despliegue de Monitoreo2. Este despliegue se divide en dos partes: la del ldentificador de Estados Operativos y la del Selector Inteligente de Esquemas de Control CTG. En la parte del IEO se proporciona la fecha la hora y los atributos' de las variables potencia generada y presión de vapor principal (parte sombreada). En la parte del SlEC se proporciona una pequeña matriz con información acerca del esquema de control CTG y la carga demandada (en filas). Esta información se refiere a la situación actual y programada..y a sugerencias (en columnas). La columna de la situación actual despliega en las partes sombreadas el esquema de control CTG con el que opera actualmente la Unidad y el porcentaje de carga demandada.

Mencionados en la secc16n 1, de este capltulo.

Los atributos se describen en !a seccidn 2.3. de este capltulo e

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-9

mlo~ DE VAPOR mIIIcIp*L

ATRIüUTO: m ATRIBUTO:

II I --I - I I t It

I rrgura 4-8. Interfaz gráfica de l a e a t a c i ó n supervisora (PC2). NonitoreoZ..

La columna de la situación programada sólo despliega, en la parte sombreada, el porcentaje y la hora de aplicación de la carga demandada próxima.

La columna de la sección de sugerencia proporciona tres despliegues en las partes sombreadas. El despliegue superior se refiere al modo de operación del SICAGUT: "activo" o "no-activo". El despliegue.de la parte media indica a) el esquema de control CTG sugerido cuando el SICAGUT opera en modo no-activo, mediante los mensajes: Cambiar al esauema T = = > modo activo, mediante el mensaje: Seau ir con esaue ma actua I. El despliegue de la parte inferior, indica si un cambio de carga puede ser aceptado, mediante los siguientes mensajes: No caraa o roaramada, Mantener caraa actua I, Sí caraa o rwamada . En el caso de que se est6 llevando a cabo un cambio en la demanda de carga se dará el mensaje: No ca mb ¡os. tamoa activa.

En el despliegue de Monitoreol , figura 4-9. se presentan los datos relevantes de los controladores de esquema. Este despliegue fue desarrollado únicamente para realizar pruabas experimentales directamente con el controlador industrial.

En la parte inferior del despliegue de Monitoreol y Monitoreo2 se tiene una fila (sombreada) en donde se despliega el eco del uso del teclado de la computadora PC2. Para el uso del teclado de PC2 se implement6 el módulr! Consola'. Este módulo consta de dos grupos de teclas para interactuar can los despliegues de Monitoreol y Monitoreo2. En las

o Intearadq, b) que se siga con el esquema actual cuando el SICAGUT opera en '

Mencionado en la sección 1, de esta capltulo.

CAPITUM 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-10

i g u u r m 4-9. Interfaz grhfica de la estación aupervisora (PCZ), Monitoreol.

tablas 4-1 y 4-2 se muestran los conjuntos de teclas utilizados para interactuar con los despliegues Monitoreol y Monitoreo2, respectivamente.

CAPITULO 41 DESARROLLO DEL PROTOTIPO

I11 le1 Ir1

4-11

Cambio en la referencia de la Potencia Generada: tipo escalón. tiDo ramDa.

FUNCION DE LA TEC LA I ! !

I21

I31

I41

~

Cambio en la referencia de la Presión de Vapor Principal

Cambio de Esquema de Control CTG.

Cambio en la ganancia proporcional del Controlador de la Potencia Generada.

I51 .

161

Cambio en la parta integral del Controlador da la Potencia Generada.

Cambio en la ganancia proporcional del Controlador de la Presión de Vaoor PrinciDal.

Cambio en la parte integral del Controlador de la Presión de I Vanor Princioal.

I81

I91

Cambio en la ganancia proporcional del Controlador del Flujo de Combustible.

Cambio en la parte integral del Controlador del Flujo de Corn busti ble.

’

Cambio en la ganancia proporcional del Controlador del Fluio de Aire nara la combustibn.

lil

Is1

la1

Table 4-1. Primer grupo de teclas

Activar despliegue de Monttoreo2.

Activar despliegue de Monitoraol . Activar el SIEC.

!I FUNCION DE LA TECLA

Iql Salir del SICAGUT.

I Id1 I Desactivar el SIEC. II

CAPITVLO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-12

~

4.2.2. Restricciones de la implementacidn

Las características del diseño están en función de los requerimientos del sistema' y de las restricciones para su implementación. Las restricciones identifican límites del "software" debidos a la infraestructura de desarrollo "hardware" [PRE921.

Las restricciones para la implementación se deben a que el conjunto controlador industrial-estación supervisora opera en tiempo real y el simulador de procesos carece de esta característica. Sin embargo, existen dos alternativas para llevar a cabo la implementación. La primera es tomando en cuenta el criterio de los sistemas de control de procesos, en donde es prioritario que el conjunto controlador industrial-estación supervisora y el simulador de procesos tengan una evolución numérica sincronizada; para lo cual se utiliza un reloj sincronizador de dicho conjunto [NIE91]. La segunda alternativa toma en cuenta el criterio de los sistemas de información, en donde es prioritario la actividad humana, la cual no puede modelarse numéricamente, sino heurlsticamente mediante modelos conceptuales [WIL901,[SEN89]. AI respecto, IPRE921 establece que para los sistemas que operan en tiempo real o en línea, es inaceptable el "software',' que proporcione las funciones requeridas pero que no se ajusta a los requisitos de rendimiento'

Tomando en cuenta que el objetivo de la tesis es automatizar la reconfiguración de los controladores de esquema (actividad humana), y con ello asistir o desahogar al operador en sus tareas de supervisión, la alternativa adecuada para este trabajo de investigación es la segunda. Aunque para llevarla a cabo es necesario hacer un corrimiento del tiempo en el controlador industrial para lograr el acoplamiento analógico con el simulador de procesos.

4.2.3. Diseño lógico

El programa principal está diseñado para que opere cíclicamente y con algunas partes que se ejecutan de manera temporal, en la estación supervisora (ver figura 4.6). En la figura 4-10 se muestra el diagrama de flujo del programa principal. A continuación se describe el funcionamiento del identificador de estados operativos (EO) y. del selector de esquemas de control CTG (SIEC).

ldentificador de Estados Operativos (IEO)

El E O desempeña su tarea apoyándose en las curvas de los errores (en porcentaje) de la presión de vapor principal y de la potencia generada. Cada curva es examinada conforme va evolucionando en el tiempo. El examen realizado consiste en acotar la evolución de cada

Ver requerimientos en el capltulo dos, seccidn 3.

Se refiere a los requisitos de tiempo de respuesta y de procesamiento '

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-13

Cini;io> I Estructurar y limpiar memoria de trabajo

c c c 4

Establecer condiciones iniciales J

Inicializar comunicación con el controlador industrial

I 1 Leer datos en línea del controlador industrial

Convertir datos a unidades de ingeniería 1 I

c I Operación de la parte interactiva del IEO l

i Revisar t i m a Dara cambio de caraa i c

Es tempo para eiecuiar cambm de carga - T N O -

Revisar tiempo para opecaci6n de la parte i NO __ ~

igura 4-10. Diagrama de flujo del programa principal.

curva mediante una ventana rectangular. Esta ventana está dimensionada por tres zonas de umbral en la ordenada y por un período de tiempo P en la abscisa, como se puede ver en la figra 4-1 1. A continuaci6n se describe el funcionamiento del E O .

El IEO se divide en dos partes, una que opera en forma interactiva y la otra en forma temporizada. La parte interactiva del IEO revisa los puntos de ambas curvas de error en cada ciclo de interacción del programa. En cada ciclo de interacción deteremina la zona de umbral de mayor error que haya revisado y la almacena en memoria. Cuando transcurre un lapso de t, segundos, la parte temporizada del E O genera el registro No. 1 en memoria. En seguida, la parte interactiva del IEO refresca su almacenamiento en memoria e inicia nuevamente la tarea antes mencianada, de tal manera que al transcurrir otro lapso de t, segundos, la parte temporizada del IEO genera el registro No. 2. Estas tareas realizadas por la parte interactiva y temporizada del EO se repiten hasta que se genera el registro No. n, - -equ iva lente a un período de tiempo P, para ambas curvas 'de error. AI generarse éste registro, la parte temporizada del IEO desplaza de derecha a izquierda los valores de los registros (de n, a n,,, de n,, a nk.2, ... ,de registro No. 2 a registro No. 1). En seguida la partetemporizada del IEO

4- 14 CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO

t

1 2 9

P

I Figura 4-11. Zonas de umbral del Identificador de Estados Operativos.

determina la zona de umbral de mayor error en los n,, registros y asigna un atributo fpara cada curva de error). La asignación se realiza de la siguiente manera:

al.- Para la zona 1, atributo ESTABLE. bi.- Para la zona 2, atributo REG-ESTABLE. ci.- Para la zona 3, atributo OSCILANDO.

Cuando se genera otro registro, éste es almacenado en la localidad de memoria del regitro No. n,, y se repiten el desplazamiento de derecha a izquierda en los valores de los registros y la asignación de atributos, hasta que se interrumpa la ejecución del programa.

Después del primer período de tiempo P de ejecución del programa, el IEO asigna un atributo para cada curva de error en cada lapso de t, segundos;durante toda la ejecución del programa. Cada atributo asignado se mantendrá --de acuerdo al funcionamiento descrito del EO- por un período de tiempo P, a excepción de cuando se asigne un atributo que pertenezca a una zona de umbral de error mayor antes de que trascurra dicho período de tiempo P. Esta característica de operación del IEO es necesaria para que el módulo SlEC pueda Ilevar,a cabo un cambio de esquema o permitir que se realice .un cambio en la demanda de carga;

Los .rangos de las zonas de umbral y el valor del período de tiempo Pi’ fueron obtenidos mediante pruebas experimentales, utilizando un valor fijo de 60 Segundos para el

” El mismo valor para ambas curvas da error: presión de vapor principal y potencia generada. .

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4- 15

lapso t,, por la factibilidad en el manejo de almacenamiento en memoria. Para el período de tiempo P se eligió un valor de 10 min. Para las zonas de umbral se eligieron los siguientes valores”:

Potencia oenerada:

zonal = i-0.35 , 0.351 % zona2 = (-0.35 , -0.501 % y \(0.35 , 0.501 % zona3 = (-0.50 , -100 1 Oh y (0.50 , 100 1 %

Presión de vaDor Drincioal:

zonal = I-0.145, 0.1451 % zona2 = (-0.145 , -0.30 I % y (0.145 , 0.301 % Zona3 = (-0.30 , -100 I % y (0.30 , 100 1 %.

Selector Inteligente de Esquemas de Control CTG (SIECI.

Para resolver un problema, en primer lugar, se reduce a uno del que se pueda dar una definicibn precisa. Esto se lleva a cabo definiendo el espacio de estado del problema y un conjunto de operadores para moverse en ese espacio (diagrama de árbol). Entonces el problema puede resolverse por medio de la búsqueda de un camino a través del espacio de estado inicial hasta el estado meta. A continuación se enlista la base de hechos que comprenden el espacio de estado del problema que resuelve el CIEC:

Hechos-inicip;

H1: H2: H3:

H4: H5: H6:

pot-gen-estable: La potencia generada es estable. pot-gen-regestable: La potencia generada es regularmente estable. pot - - gen oscilando: La potencia generada está oscilando.

pvpestable: La presi6n de vapor principal es estable. pvp regestable: La presión de vapor principal es regularmente estable. pvpIoscilando: La presión de vapor principal está oscilando.

H7: HE: H9:

esq actual-T-C: El esquema de ctrl. CTG actual es turbina en seguimiento de caldera. esqactual-INTEGRADO: El esquema de ctrl. CTG actual es integrado. estado-CICAGUT-activo: El SICAGUT está en estado activo.

l1 Estos valores se eligieron en función del tiempo de recuperación de las curvas de la presión de vapor principal y de la potencia generada ante cambios en la demanda de carga. En el apédice de este trabajo se describe la etapa de depuracidn de estos valores.

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-16

H1 O: existe-programacion-decarga : Existe programación de carga demandada. H11: t restante mayor-10-min: Faltan más de 10 min-para el próximo cambio de carga. H12: t~posterio~-mayoi-lO-min: Ya Pasaron más de 10 rnin. después del último cambio de

carga. H13: t-restante-menorigual-1Omin: Faltan 10 min. o menos para el próximo cambio de

carga. H 1 4 't-posterior-menorigual-10-min: Ya pasaron 10 min. o menos después del último

cambio de carga. H15: t-restante-menorigual-3-min: Faltan 3 min. o menos para el próximo cambio de carga.

Hechos-inferible%

H16: Ute equilibrada-internamente: La UTE presenta equilibrio energético interno. H17: uteIreg - equilibrada-internamente: La UTE presenta un equilibrio energético interno

regular. H18: Ute - - des equilibrada-internamente: La UTE presenta un desequilibrio energético

interno.

H19: cargadem-presenta-valle: La demanda de carga presenta un valle. H20: cargadem-proximo-cambio: Se avecina un cambio de carga. H21: carga - dem - muy - proximo - cambio: El cambio'de carga está muy próximo.

H22: esq adecuado-T-C: El esquema de ctrl. CTG adecuado en estos momentos es el

H22: esq adecuado INTEGRADO: El esquema de ctrl. CTG adecuado en estos momentos es el integrad;

turbina en seguimiento de caldera. *

Hechos-obietivo;

H24: realizar cambioesquema-T-C: Cambio de esquema automático a turbina en seguimiento de caldera.

H25: sugerir cambio-esquema-T-C: Se sugiere que se cambie en estos momentos el esquema a turbina en seguimiento de caldera.

H26: realizar cambioesquema-INTEGRADO: Cambio de esquema automático a integrado. H27: sugerir-cambioesquema-INTEGRADO: Se sugiere que se cambie en estos momentos

el esquema a integrado.

H28: demorar-cambiocarga-proximoen-1 Omin: El cambio de carga próximo se retrasará 10 min. a partir de este momento.

El esquema de representación del conocimiento del SlEC está formado por reglas de producción, también conocidas como reglas tipo "SITUACION - ACCION" o "IF-THEN", obtenidas mediante pruebas experimentales en laboratorio. A continuación se enlistan las

CAPIITüi.0 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4-17

reglas de producción que conforman la base de conocimientos del SIEC:

R1: Si pot-genestable y pvpestable Entonces: uteequilibrada-internamente.

Si (pot-gen-regestable y pvpestablei 6 (potgenestable y pvp-reg-estable) 6 (pot-gen-regestable y pvp-regestablei Entonces: Ute-regequilibrada-internamente.

R2:

R3: Si pot-genoscilando 6 pvp-oscilando Entonces: Ute-des-equilibrada-internamente.

Si t-posterior-mayor-1 O min) 6 (no existe-programac&-de-carga y t-posterior-mayor-1 O-mini Entonces: carga-dem-presenta-valle.

t-posterior-Genoriguai-10 mini Entonces: 'carga-dem-proxTmo-cambio.

Si existe programaciondecarga y t-restante-menorigual~3-min Entonces: carga-dam-muy-proximo-cambio.

Si uteequilibrada-internamente y carga-dem-presenta-valle y no esq-actual-T-C Entonces: esqadecuado-T-C.

R4: í e x i s t e-p r o g r a mac io n-d e-ca r g a y t-r es t a n t e-m a y o r- 1 O-m i n y

R5: Si existe programacion-de-carga y (t-restante-menorigual-1 O-min 6

R6:

R7: . .

R8: Si esq-adecuado-T-C y estado-SICAGUT-activo Entonces: realizarcambioesquema-T-C.

Si esqadecuado-T-C y no estado-SICAGUT-activo Entonces: sugerir-cambioesquema-T-C.

Ute-reg-equilibrada-internamente) y ' carga-dem-proximo-cambio y no esq-actual-INTEGRADO Entonces: esqadecuado-INTEGRADO.

R9:

R1 O: Si (uteequilibrada-internamente 6

R1 1 : Si esq-adecuado-INTEGRADO y estado-SICAGUT-activo Entonces: realizar-cambioesquema-INTEGRADO. -

R12: Si esq-adecuado-INTEGRADO y no estadoSICAGUT-activo Entonces: sugerircambioesquema-INTEGRADO.

R13:

R1:

R2:

R3:

R4:

R5:

R6:

R7:

RE:

CAPITULO 4r DESARROLLO DEL PROTOTIPO

Si utedesequilibrada-internamente y carga-dem-muy-proximo-cambio Entonces: demorar-cambio-cargagroximo-en-lOmin.

Expresando las reglas de producción en función de los hechos:

Si H1 y H4 Entonces: H16

SI (H2 y H4) 6 (H1 y H5) 6 iH2 y H5) Entonces: H17

Si H3 6 H6 Entonces: H18

Si (H10 y H11 y H12) 6 (no H10 y H12) Entonces: H19

Si H10 y (H13 6 H14) Entonces: H20

Si H10 y H15 Entonces: H21

SI H16 y H19 y no H7 Entonces: H22

Si H22 y H9 Entonces: H24

4- 18

R9: Si H22 y no H9 Entonces: H25'

R10: Si (H16 6 H17) y H20 y no H8 Entonces: H23

R1 1 : Si H23 y H9 Entonces: H26

R12: Si H23 y no H9 Entonces: H27

R13: Si H18 y H21 Entonces: H28

Representando el espacio del problema mediante una gráfica AND-OR-NOT o "diagrama de árbol". En donde un nodo AND (Y) tiene varias flechas que le apuntan, proveniente de otros nodos sucesores que deben ser verdaderos para que el nodo AND sea verdadero. Por su parte, un nodo OR (O), s610 requiere que únicamente un nodo sucesor sea verdadero. El símbolo NOT ( i ) significa negación. En la figura 4-12 se puede ver el diagrama de árbol del SIEC.

4-19 CAPITUU) 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO

igura 4-12. Definition del espacio do1 problema.

El aspecto inteligente del SlEC se encuentra en el programa del mecanismo de inferencias y su interacción con la base de conocimientos y de la base de hechos. A continuación se proporciona el pseudoalgotitmo del mecanismo de inferencias.

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO 4- 20 .

INICIO DEL PSEUDOALGORITMO encadenar-adelante:

Si ya no quedan reglas que probar: terminar el algoritmo.

De lo contrario: Seleccionar la primer regla R del conjunto de reglas restante de la BC. Probar si la regla R enciende. Si la regla R no enciende:

Empezar de nuevo el algoritmo con las reglas restantes de la BC.

De lo contrario: Indagar si el hecho consecuente H de la regla R es redundante en la BH. Si el hecho H es redundante en la BH:

Empezar de nuevo el algoritmo con las reglas restantes de la BC.

De lo contrario: Actualizar la BH añadiendo el hecho H. Empezar de nuevo el argoritmo con la BC original y la BH actualizada.

FIN DEL PSEUDOALGORITMO.

[PRE921

. IWIL901

IS EN 8 9 1

lNIE911

íSCH891

íRIC831 [ROL901

[HER891

IUMA881

CAPITULO 4: DESARROLLO DEL PROTOTIPO

REFERENCIAS: li

4-21

Pressman, R.S., i:"Software engineering. A practitioner's approach", 3ra. edición, Nueva York, McGraw-Hill, 1992. Wilson, B., "Systems: concepts, methodologies and applications", John Wiley & Sons, San Francisco, Calif., 1990. Senn, J.A., "Analysis & design of information systems", 2a. 'edición, Nueva York, McGraw-Hill, 1989. Nieto, J. J. C., "Análisis, desarrollo y sintesis de .la configuración de 3 modalidades del controlador PID, bajo un esquema de control autosoportado", CENIDET, tesis de maestría, 1991. Schildt, H., "Utilización.de C en inteligencia artificial", Berkeley, Calif., McGraw- Hill, 1989. Rich, E., "Artificial Intelligence", McGraw-Hill, Singapur, 1983. Rolston, D. W., "Principles of Artificial Intelligence", McGraw-Hill, San Francisco, 1990. Herrera C. Armando; "Documento de configuración de Hadware del sistenia de control"; Documento interno, IIE, Departamento de Simulación, Cuernavaca, Mor., Méx., Julio de 1989. "UMAC-6000 C programing"; Analog Devices, 1987,1988.

I'

CAPITULO 5 , I/

VALIDACION DEL PROTOTIPO

En este capítulo se describen las evaluaciones realizadas al prototipo desarrollado, con el propósito de validar su funcionamiento. En el primer apartado se presenta la evaluación de la unidad de reconfiguración de controladores de esquema (URCE). En el segundo apartado se muestra ,una de las pruebas finales de validación realizadas al prototipo del SICAGUT. El procedimiento de prueba se llev6 a cabo a nivel de sistema, verificando que el SICAGUT estuviera incorporado de forma adecuada a los niveles de control automático y de procesos; y que se alcanzaran la funcionalidad y el rendimiento previstos para el sistema total. Finalmente, en el tercer apartado se presenta 'la discusi6n de resultados.

5.1. EVALUACION DE LKUNIDAD DE RECONFIGURACION DE CONTROLADORES DE..ESQUEMA

Esta prueba cumplió con,el'objetivo de indagar la sensibilidad de la UTE ante las reconfiguraciones de los controladores de esquema, realizadas desde la estación supervisora'. Estas reconfiguraciones se realizaron manualmente con el SICAGUT en estado no-activo. La sensibilidad de la UTE fue detectada a partir del error de la potencia generada y la presión de vapor principal. +

La prueba inició con una serie de cambios entre los tres esquemas de control CTG, mientras la unidad operaba en estado estab1e.a 75 O h de demanda de carga. En el conjunto de gráficas 5-1 a 5-4 se puede pbservar el comportamiento de la UTE ante los diferentes cambios de esquemas.

/I ' Ver la figura 4-6.

CAPITULO 5: VALIDACION DEL PROTOTIW

1,

5-2

La gráfica 5-1 muestra el porcentaje de error en la potencia generada y el esquema de control CTG en operación. Los números "l", "2" y "3" en el eje de las ordenadas corresponden a los esquemas C = = > T, T = = > C e Integrado respectivamente. Los cambios de esquema de,C = = Z T a T = = > C y. viceversa son los que generan el error más grande (0.70 %) en. la potencia generada. Los cambios de esquema de T = = > C a Integrado y viceversa generan un error menor (0.30 %) en la potencia generada respecto a los cambios antes mencionados. Los cambios de esquema de C = = Z T a Integrado y viceversa son los que generan el error más pequeño (0.1 5 %) en la potencia generada.

La gráfica 5-2 muestra el porcentaje de error en la presión de'vapor principal y el esquema de control CTG en operación. Los números "1". "2" y "3" en el eje de las ordenadas corresponden a los esquemas, C = = > T, T = = > C e Integrado

. respectivamente. Los cambios de esquema de C = = > T a T = = > C y viceversa, asi como los cambios de T = = > 'C a Integrado y viceversa, son los que generan los errores mayores (0.20 %) en la presión de vapor principal. Los cambios de esquema de C = = > T a Integrado y viceversa son los que generan errores inapreciables en la presión de vapor principal.

I/

La gráfica 5-3 muestra el IVAE de la potencia generada y es notorio el incremento en la acumulación de error en los instantes en que se realizaron los cambios de esquema de C = = > T a T = = > C y viceversa.

Y

La gráfica 5-4 muTstra la eficiencia global de la UTE, la cual permanece estable

Como resultado de esta prueba se tiene que la UTE manifiesta mayor susceptibilidad, en la potencia generada, ante los cambios de esquemas de C = = > T a T = = > C y viceversa. Esta suceptibilidad repercute notoriamente en el IVAE de la potencia generada, y en la eficiencia global de la UTE no es apreciable. En otras palabras, para realizar uila reconfiguración de los controladores de esquema, se necesitará más tiempo en el paso del esquema de C = = > T a T = = > C o viceversa, puesto que la UTE deberá tener el mayor equilibrio energético interno, además de que siempre se acumulará mayor error en el control

alrededor del 34.7 %.

de la potencia generada'. II

lí

' Con esta prueba se complementa la decisión descrita en el capltulo 2, seccidn 1.2, referente a prescindir

/I del BspUüM C = = > T.

ii

Tu I u? a u LL a a (3

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CAPITULO 5: VALIDACION DEL PROTOTIW 5-4

5.2. PRUEBA DE VAUDACION DEL SISTEMA 'I

El objetivo de esta prueba fue el de corroborar que el SICAGUT realizara las funciones requeridas y se ajustara a los requisitos de rendimiento. AI respecto, cabe mencionar la consideración hecha en el diseño3, en la que es más prioritario que el SICAGUT ejecute sus funciones dentro del contexto! del sistema global integrado, puesto que se trata de una aplicación en línea y lo que se emula es un conjunto de actividades humanas. La prueba se realizó en línea con los controladores de esquema y el modelo de la unidad termoeléctrica.

Previamente a esta prueba se llevaron a cabo otras similares hasta tener ajustada la sensibilidad del IEO ante los cambios de demanda de carga y los cambios de esquema de control CTG4. Fue en esta etapa en donde surgió la idea de utilizar tres zonas de umbral'. Además, a partir de esta etapa el IEO realiza la revisión de las zonas de umbral para la potencia generada y para la' presión de vapor principal en cada interacción de' su programaci6n. Si existe el paso de una zona de umbral inferior a una superior, ésta será detectada en la interacción en que se dé y registrada al final del minuto en curso del tiempo real. En las pruebas anteriores la revisión por el IEO se llevaba a cabo en cada minuto. Después de dejar ajustada la sdnsibilidad del IEO, se modificó el SlEC para que el esquema en operación se mantuviera aún en presencia de disturbios.

. '

I

Esta prueba consistió en, dos cambios tipo rampa con pendiente de 5 Oh Imin. En la gráfica 5-5 se muestra la curva de demanda de carga.

En las gráficas 5-6 y 5-7 se tienen las respuestas de la potencia generada y de la presión de vapor principal. Los dos cambios en la potencia generada originan los errores correspondientes, gráficas 5-10 y 5-1 1. Los errores son percibidos y atribuidos por el EO, gráficas 5-8 y 5-9.

AI inicio la UTE está equilibrada internamente, suceso que activa la regla R 1 . La proximidad de un cambio en la'ldemanda de carga hace que se active la regla R 5 . Con las reglas R 1 y R5 activadas, posteriormente el SlEC no permite cambio de esquema, puesto que el actual es el Integrado, y permite que se ejecute~el cambio en la demanda de carga.

Después, cuando el IEO detecta los errores de la potencia generada y la presión de vapor principal correspondientes al primer cambio en la demanda de carga, les asigna los atributos de REG ESTABLE y OSCILANDO, respectivamente. Con estos atributos se activa la regla R3, con 6 cual el SIEC no permite ni cambio de esquema ni de demanda de carga.

I

I1

1

Capitulo 4, secCi6n 2.2.

En el ap6ndica da este trabajo se describe brevemente una de les etapas d8 la.depuraci6n del prototipo.

Las que se describen en el capitulo 4. secci6n 2.3.

11

!I

I/

CAPITULO 5: VALIDACION DEL PROTOTIPO 5-5

I/

Posteriormente, el IEO asigna los nuevos atributos para la potencia generada y la presión de vapor principal: ESTABLE y REG-ESTABLE, respectivamente. Con estos atributos se activa la regla R2, con lo cual el SlEC permite que se realice el segundo cambio en la demanda de carga, pero sigue manteniendo el esquema Integrado.

Después de un lapso de tiempo, la potencia generada obtiene el atributo de ESTABLE y se mantiene así hasta el final de la prueba. La presión de vapor principal, al ser más inestable, tarda más en obtener el atributo ESTABLE, y se mantiene cambiando de atributo entre ESTABLE y REG-ESTABLE hasta el final de la prueba. Cuando la presión de vapor principal obtiene por primera vez el atributo ESTABLE, se activa la regla R1, y al no existir próximamente un cambio en la fiemanda de carga, se activa la regla R4. A continuación se activan las reglas R7 y R8, con lo cual el SlEC decide cambiar de esquema a T = = > C y mantenerlo hasta el final de la prueba.

Nótese que el cambio de esquema se ha llevado a cabo oportunamente y sin presentar saltos en la potencia generadayni en la presión de vapor principal. El IVAE de la potencia generada, mostrado en la gráfica 5-1 2, crece notablemente al cambiar la demanda de carga; al final de la prueba la curva recupera su pendiente original. En la gráfica 5-13 se muestra la curva de eficiencia global de la UTE, la cual se ve afectada únicamente por los canibios en la demanda de carga.

.

r- I

Ln

6 o U 6

u

-

a

I/

CAPITULO 5: VALIDACION DEL PROTOTIPO 5-8

5.3. DISCUSION DE RESULTADOS I1

Para operar a la UTE, el supervisor (operador) originalmente utilizaba s610 un esquema de control CTG, de tal manera que al requerirse un cambio de esquema, era necesario ejecutar una secuencia de operaciones de: a l paro, b) cambio de esquema de control CTG y c) arranque de la unidad. Con !a incorporación en línea del prototipo del SICAGUT, la UTE presenta mayor flexibilidad ante las exigencias de los perfiles de la demanda de carga; ahora el operador es asistido por computadora para llevar a cabo la secuencia de operaciones mencionada en forma automática. Además, el prototipo del SICAGUT, permite la autorreconfiguración adecuada de los controladores de esquema, dependiendo del equilibrio energético interno de la UTE y de la demanda de carga programada por la central de generación.

I1 Esta asistencia al operador permite ahorrar el combustible consumido en cada cambio de esquema. ,El ahorro de combustible por este concepto no fue estimado, debido a que el simulador de la unidad termoeléctrica no emula las etapas de arranque y paro.

I/

u

,

CAPITULO 6

!I

I

CONCLUSIONES

11 Se desarrolló el prototipo de un sistema programático para el control supervisorio inteligente del sistema automático de generación de una unidad en una central termoeléctrica. Este prototipo, del SICAGUT, asiste de manera inteligente y fiable al supervisor de una unidad termoeléctrica, en las maniobras de operación requeridas para el seguimiento de perfiles de la demanda de carga.

El prototipo desarrollado del SICAGUT tiene las siguientes características:

a).- Permite generar cambios en el nivel de control automático: I!

1 i .- Parámetros en los controladores de esquema. 2i.- Señales de referencia. 3i.- Esquema de control CTG.

1 bi.- Despliega datos relevantes del nivel de control automático:

11.- Parámetros de los controladores. 2i.- Señales de referencia. 3i.- Variables físicas. I' 41.- Señales de error.

Genera automáticamente, el cambio de esquema de control CTG más adecuado dependiendo de las condiciones de la unidad y de las consignas del nivel de central de generación o nivel 3 de la pirámide de la automatizaci6n.

Opera en línea con los controladores de esquema

1.3.-

di.-

I

/ / CAPITULO 6: CONCLUSIONES 6-2

I 6.1. OBSERVACIONES li

Una de las características más importante de este trabajo de tesis es la interacción obtenida entre el prototipo del SICAGUT y los controladores de esquema contenidos en una plataforma física industrial. ' Esta particularidad permiti6 producir una aplicación considerablemente prdxima a una 11 implantación real.

Con el SICAGUT la UTE acrecentó su eficiencia, debido a que mejora su disponibilidad en el seguimiento de perfiles de la demanda de carga, lo'cual se traduce en ahorro de tiempo y energía consumidos en la SeEuencia de operaciones para el arranque y paro de la unidad en cada cambio de esquema.

Considero que este trabajo de 'tesis es un ejemplo de la manera en que puede incrementarse la eficiencia y la!flexibilidad de unidades termoeléctricas que llevan operando más de 20 años, y cuyo equipo de adquisición y control fueron diseñados para objetivos no actuales. En otras palabras, las unidades con más de 20 años de vida útil, cuyos sistemas de control ' fueron diseñados para operar en carga base, actualmente deben presentar características más flexibles eo el seguimiento de perfiles de carga.

En el transcurso deldesarrollo del prototipo del SICAGUT, fue posible observar algunos rasgos característicos en el ámbito de los sistemas programáticos de los niveles más bajos de la pirámide de la automatización. A continuaci6n se ,mencionan algunas de las características detectadas en la frontera entre el nivel de control supervisorio y el control automático de procesos.

Del nivel de control supervisorio al de control automático de procesos:

1).- 2).- 3.- 4).- se requiere mayor experiez:

11

.' I)

li Aumenta la rapidez de la toma de decisiones. Aumenta la calidad de las decisiones. Aumenta el aspecto cuantitativo del procesamiento de datos.'

a).- Base de conocimidntos, sobre el proceso, grande. b).- Mecanismo de inferencias sencillo. Equipo más especializado y más caro, por lo que el personal es más escaso, existe mayor dependencia del personal. Además de que la ausencia laboral es más costosa para la empresa.

5) . -

. 1 Del nivel de control automático de procesos al de control.supervisorio:

11.- 2).- 3).- 41.- Se requiere mayor inteligencia:

Aumenta la calidad de las decisiones: Aumenta la responsabilidad del buen funcionamiento global del proceso. Aumenta la calidad del procesamiento de datos.

a).- Base de conocimientos, sobre el proceso, pequeña.

I CAPITULü 6: CONCLUSIONES 6-3

b1.- Mecanismo de inferencias complejo. , I

6.2. APORTACION I

Se desarrolló el prototido de un sistema programático .para el control supervisorio inteligente del sistema automático de generación de una unidad termoeléctrica. -

En el nivel de control supervisoriose implement6 un sistema programático que permite la supervisión del nivel de contjol automático en la toma de decisiones para la selección del esquema de control CTG más adecuado en operación normal de dicha UTE. El SICAGUT emite decisiones, en tiempo real, en base al equilibrio energético' interno de la UTE y a la carga demandada programada por el nivel inmediato superior'. El SICAGUT está compuesto, por tres módulos: el Identificahor de Estados Operativos (IEO), el Selector Inteligente de Esquemas de Control CTG (SIEC) y la unidad de reconfiguración de controladores de esquema (URCE).

El IEO es el mddulo que'determina el estado del equilibrio energético interno de la unidad termoeléctrica. Este módulo analiza las señales de error de la presión de vapor principal y de la potencia generada de la unidad. Este análisis se lleva a cabo mediante zonas de umbral previamente establecidas, las cuales fueron obtenidas a base de pruebas en laboratorio. El IEO es el elemento sensitivo a nivel de control supervisorio y es quien proporciona información simbólica suficiente para que un módulo, en un nivel superior, lleve a cabo inferencias médiante procesamiento simbólico de reglas de conocimiento.

I/

I1 El SlEC es el encargado de determinar el esquema más adecuado, de acuerdo a la

información que le proporcione el IEO y de acuerdo a la carga demandada. El SIEC cuenta con una base de conocimientos con información específica sobre hechos, relaciones y heurísticas involucradas en el hominio de la selección de esquemas de control CTG. El esquema de representación del conocimiento del SlEC está formado por' reglas de producción, también conocidas como reglas tipo "SITUACION - ACCION" o "IF-THEN", obtenidas mediante pruebas en laboratorio. El mecanismo de inferencias del. SlEC utiliza el proceso de inferencia con encadenamiento hacia adelante.

La URCE realiza automáticamente los cambios de esquema de control CTG a partir de 'Un comando recibido desde 1a;estación supervisora, bien sea por el operador o por el SICAGUT. II

1

I

11

' Nivel de central termoeléctrica CTE.

CAPITULO 6: CONCLUSIONES 6-4

I. 6.3. SUGERENCIAS

Cada esquema de control CTG utiliza valores diferentes en los parámetros de los controladores de esquema. Sin' embargo estos valores se mantienen fijos para diferentes niveles en la demanda decarga. Esta situación provoca que el módulo IEO del SICAGUT pierda sensibilidad cuando el simulador emprende una escalada en el seguimiento de la demanda de carga. Debido a esta situacibn se sugiere contar con controladores diseñados con filosofías que les permitan &utoaiustarse a diversos cambio& en la demanda de carga.

En cuanto al uso de infraestructura de software para el desarrollo del SICAGUT, los lenguajes orientados a símbolos'representan una alternativa idónea para la programación de aplicaciónes como la de este trabajo, siempre que éstos operen en un ambiente multitarea y en tiempo real. Para el sistema operativo que se utiliza en la infraestructura del nivel de control supervisorio, es más recomendable usar el lenguaje "C" por sus características de bajo nivel. Además de que, el sistema operativo idóneo para una aplicación similar, es aquél que presente respaldos en tiempo real y multitarea.

El diseño del SICAGUT Vodría ser abordado, tomando como una alternativa a la tecnología de los sistemas híbridps (combinación de sistemas expertos y redes neuronales). El SIEC tendría incorporado un SE y el IEO una red neuronal, de tal forma que en conjunto tengan mayor sensibilidad ante regiones de operación no lineales de la UTE.

Se sugiere que para un trabajo a futuro, se utilice infraestructura de hadware en el nivel de control supervisorio que'lpresente respaldo de multiprocesamiento. Puesto que para esta aplicación, la arquitectura convencional (de Von Neumann) no es la adecuada.

Para acrecentar la base deiconocimientos del SIEC, se recomienda que, en un trabajo que suceda a éste. se considere'el sistema de protecciones y el arranque y paro en la UTE.

I

APENDICE

I/

DEPURACION DEL IEO

A P B N D I C E . , A-2

I/ En este apéndice se describe la etapa de depuración del IEO. Esta etapa se llev6 a

cabo para determinar los valores del periodo de tiempo P, y de las zonas de umbral para la potencia generada y la presión de vapor principal'. Estos valores fueron elegidos en función del tiempo de recuperación de /as curvas de las variables mencionadas ante ca.mbios en la demanda de carga. Dado que la recuperación de la presión de vapor principal es mas lenta que la de la potencia generada, se probaron algunos valores para el periodo P, manteniendo el rango de la zona No. 1, de cada variable, con valores próximos a errores generados cuando la UTE opera con'equilibrio energético interno'; este rango fue de -0.50,% a 0.50 % para las dos variables.

Con estas pruebas se determinó que con valores para el período P entre 8 y 15 minutos, se podian revisar --en un término aceptabl+.las curvas. Deesta manera se seleccionó el valor de 10 min. para el 'período de tiempo P, para ambas variables.

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!

Después se llevaron a cabo una serie de pruebas que permitieron determinar los valores para las zonas de umbral. Una de las primeras pruebas consistió en un cambio del tipo rampa con pendiente de 5: % /min del 75 % al 80 % en la demanda de carga, ver la gráfica A-1 . II

En esta etapa de pruebas el IEO'contaba Únicamente con las zonas de umbral principales (zona 113, con los va'lores'0.40 % y 0.30 % para la potencia generada y presi6n de vapor principal respectivamente. El SlEC infería, después de un cambio en la demanda de carga, de la siguiente manera: Si las curvas de error de la potencia generada o de la presión de vapor principal salen de las zonas de umbral principales, entonces operar la UTE con el esquema de control CTG Integrado, de lo contrario operar con el esquema T = = > C. Esta disposición del SICAGUT fue tomada debido a .que las zonas de umbral aún no estaban ajustadas a valores que permitieran realizar el cambio de esquema de Integrado a T = = > C una vez que la UTE estuviera repuesta ante un cambio en la demanda de carga. De esta manera se obtuvo una sucesiqn de cambios de esquema después del cambio en la demanda de carga, antes de que la UTE se estabilizara por completo y el esquema T = = > C fuera el predominante. De esta mandra se obtuvieron valores más depurados para la zona de umbral principal, para la potencia generada y la presión de vapor principal, en el último cambio de esquema de Integrado a T = = > C.

I/

I).

' Mencionados en el capltulo 4. sección 2.3.

Equilibrio energético interno o balance de energía entre 10s procesos internos de la UTE, v b s e ia sección 1.1, del capitulo 2.

Ver la figura 4-1 1, del capltulo 4.

,I

'

A P E N D I C E A-3

En las gráficas A-2 y A-3 se observan los errores de la potencia generada y ¡a presi6n de vapor principal, respectivamente, además en cada gráfica se ha añadido en la parte superior el esquema de control[ CTG en operación. El esquema de control CTG inicialmente es el Integrado, después, al existir un tiempo considerable antes de que se realize el cambio en la demanda de carga y predomine la estabilidad en la UTE;el SlEC genera el cambio de esquema a T = = > C. Cuando faltan diez minutos para el cambio en la demanda de carga, el SlEC genera el cambio de esquema a Integrado y lo mantiene durante el transitorio de la escalada en la demanda de carga. Después se sucitan varios cambios de esquema hasta que finalmente predomina el esquema T = = > C. En la gráfica A-2 es notorio el error provocado en la potencia generada por el primer cambio de esquema de Integrado a T = = > C,, después del cambio en la demanda de carga. También puede notarse, en las gráficas A-2 y A-3, que al sucitarse los cambios de esquema, el error para cada variable converge con el eje de las abcisas.

En las gráficas A-4 y A-'5 se observan las respuestas de la potencia generada y la presi6n de vapor principal, respectivamente, durante la prueba.

Los atributos asignados por el IEO a la potencia generada y a la presión de vapor principal son los que se muestran en las gráficas A-6 y A-7 respectivamente. En la gráfica A-6 se observa que el IEO no detect6 el error producido por el transitorio de la potencia generada ante el cambio en la demanda de carga, Únicamente detect6 la sucesión de cambios de esquema de control CTG. En la gráfica A-7 se observa que el E O sí detect6 el error producido por el transitorio de la presión de vapor principal ante el acambio de carga demandada, aunque la deteccióh fue breve y pasó por alto los disturbios provocados por la sucesi6n de cambios de esquema de control CTG.

En las gráficas A-8 y A-9 se muestran el IVAE de la potencia generada y la eficiencia global de la UTE, respectivamente. En cuanto al IVAE de la potencia generada, el error se acumula considerablemente después del cambio en la demanda de carga. Esto demuestra que el procedimiento del primer cambio de esquema, después' del cambio en la demanda de carga, fue inoportuno debido a que la presión de vapor principal aún noestaba repuesta. La eficiencia global de la UTE Únicamente se ve afectada por el cambio en la demanda de carga.

Los valores depurados de las zonas de. umbral obtenidos en esta prueba (de 0.40 % y 0.15 % para la potencia generada y la presión de vapor principal, respectivamente) se utilizaron en otras posteriores, IIhasta obtener el valor de las zonas de umbral principal. Después se añadió la zona de umbral No. 2, para ambas variables, de tal forma que las tres zonas gurdaran las siguientes características:

Zona 1.

I

I La variable de presión de vapor principal y la potencia generada alcanzaron el estado estable tal hue un cambio de esquema era desapercibido por la UTE (offset < 2 %), y un cambio de carga era llevado a cabo exitosamente.

1

A P E N D I C E A-4

Zona 2. Estado en que las variables de presi6n de vapor principal y potencia generada podían soportar un cambio de demanda de carga, pero después, no podían soportar un cambio de esquema de control CTG por los disturbios provocados.

Estado en que las variables de presión de vapor principal y potencia generada no podían soportar ni cambios de demanda de carga ni cambios de esquemas de control CTG.

11 Zona3.

Los valores determinados para las zonas de umbral fueron los siguientes4: I1

Potencia generada;

zonal = i-0.35 , 0.351 % zona2 = (-0.35 , -0.501 % y (0.35 , 0.501 % zona3 = (-0.50, -100 1 % y (0.50, 100 I %

Presidn de vaoor orincioal; . . I

zonal = 1-0.145, 0.1451 % zona2 = (-0.145 , -0.30 1 % y (0.145 , 0.301 % Zona3 = (-0.30 , -100 1 % y 10.30 , 100 1 %.

i ' Corresponden a los valores referidos en la seccidn 2.3, del capltuio 4.

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