Ingeniería Electrónica · 2019
Precomisionamiento y comisionamiento del prototipo de la planta de destilación construida en la Universidad Pontificia Bolivariana
Se llevó a cabo el pre-Comisionamiento y Comisionamiento en la planta de destilación la cual se basó en efectuar pruebas requeridas de revisión y corrección de fallas en toda la planta, dichas pruebas desde la parte mecánica hasta su funcionamiento eléctrico, fueron parte esencial del inicio del proyecto de destilación de la Universidad Pontificia Bolivariana, primeramente revisada la parte mecánica se aplicaron protocolos de corrección de fugas y alineamiento de elementos de la planta además, identificación de entradas y salidas del controlador lógico programable y un proceso de comunicación y programa inicial el cual permitiría visualizar las variables a leer además de permitir accionar los elementos instalados de forma manual, dicho proceso fue fundamental para el siguiente paso que fue probar los instrumentos de la planta y darles el primer arranque a las diferentes válvulas, bombas y controladores del sistema, además de verificación de sellado hermético de las juntas que componen dichos instrumentos, luego se probó cada uno de los sensores añadiendo agua al sistema permitiendo medir nivel, temperatura y presión en el líquido lo que se efectuó el Comisionamiento de la planta donde se realiza la caracterización de los sensores teniendo en cuenta un valor de referencia de la variable medida, para lo cual fue necesario la identificación de los lazos de control posibles para implementar mediante un P&ID, tenido en cuenta a la hora de querer implementar algún controlador, en el caso del presente documento un controlador de temperatura con el fin de identificar la forma de funcionamiento única de la planta de temperatura por sus características físicas, todo lo anterior plasmado en una Interfaz Humano Máquina implementada, que permite al operario visualizar todo el conjunto de variables y señales desde los diferentes transmisores y también hecha para accionamiento manual de los actuadores.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 17
- OBJETIVOSp. 18
- OBJETIVO GENERALp. 18
- OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 18
- 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 19
- 1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMAp. 19
- 1.2. SOLUCIÓN AL PROBLEMAp. 20
- 2. MARCO TEÓRICOp. 21
- 2.1. ESTADO DEL ARTEp. 21
- 2.2. MARCO TEÓRICOp. 21
- 2.2.1 Pre-comisionado, comisionado y puesta en marchap. 23
- 2.2.2 Destilaciónp. 24
- 2.2.3 Proceso de destilación de etanolp. 25
- 2.2.4 Automatizaciónp. 26
- 2.2.5 Interacción Humano Máquina (HMI)p. 30
- 2.2.6 PLC (Controlador lógico programable)p. 31
- 2.2.7 Servidor OPCp. 31
- 3. METODOLOGÍAp. 32
- 3.1. PRECOMISIONAMIENTO DE SISTEMA DE MECÁNICOp. 33
- CONTROLADORp. 48
- 3.4. IDENTIFICACIÓN I/Op. 66
- 3.5. PROGRAMA INICIAL PARA ARRANQUE MANUAL DE LA PLANTAp. 70
- 3.5.1 Arranque de bomba peristálticap. 80
- 3.5.2 Arranque de re-circulador de líquido frio y calientep. 80
- 3.6. HMIp. 81
- SELLADO SIN FUGASp. 96
- CON HERRAMIENTAS DE MEDICIÓN EXTERNASp. 98
- 3.9. COMISIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTOp. 103
- 3.10. CONFIGURACIÓN DE COMUNICACIÓN OPC MATLAB-PLCp. 105
- 4. CÁLCULOS Y RESULTADOSp. 110
- ELÉCTRICOSp. 110
- 4.2. CÁLCULOS DE LA BOMBA DEL RECIRCULADORp. 117
- 4.3. RESULTADO FINAL INTERFAZ HUMANO MÁQUINAp. 120
- 4.3.1 RECOMENDACIONES ACERCA LA HMI Y APLICACIONESp. 127
- 4.4. DEFINICIÓN DE LAZOS DE CONTROL P&IDp. 128
- DE DESTILACIÓNp. 129
- 4.5.1 Pruebas de comisionamientop. 129
- 4.5.2. Simulación del modelo de la planta en lazo abiertop. 131
- 4.6. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN OPCp. 132
- 4.7.1 Base teórica del diseño del controlador PIDp. 133
- 4.7.2 Controladores diseñados por el metodo Ziegler and Nicholsp. 135
- de la plantap. 135
- 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESp. 143
- 5.1. CONCLUSIONESp. 143
- 5.2. RECOMENDACIONESp. 144
- 6. BIBLIOGRAFÍAp. 145
- Figura 1. Pirámide de Automatizaciónp. 27
- Figura 2. Planta inicialp. 32
- Figura 3. Tanque tres antes de inspecciónp. 33
- Figura 4. Tanque dos antes de inspecciónp. 34
- Figura 5. Tanque uno antes de inspecciónp. 34
- Figura 6. Tanque cuatro antes de la inspecciónp. 34
- Figura 7. Porosidad uno del tanque cuatrop. 35
- Figura 8. Fuga hermética uno del tanque cuatrop. 36
- Figura 9. Fuga hermética dos del tanque cuatrop. 36
- Figura 10. Porosidad dos del tanque cuatrop. 36
- Figura 11. Fuga hermética uno del tanque tresp. 37
- Figura 12. Fuga hermética dos del tanque tresp. 37
- Figura 13. Fuga hermética tanque tresp. 37
- Figura 14. Tanque dosp. 38
- Figura 15. Fuga hermética tanque dosp. 38
- Figura 16. Tanque cuatro puesto a la prueba neumáticap. 39
- Figura 17. Porosidad tanque cuatro, prueba neumáticap. 40
- Figura 18. Porosidad dos del tanque cuatro, prueba neumáticap. 40
- Figura 19. Fuga hermética tanque cuatro, prueba neumáticap. 40
- Figura 20. Tanque tres, prueba neumáticap. 41
- Figura 21. Fuga hermética, prueba neumáticap. 41
- Figura 22. Tanque dos, prueba neumáticap. 42
- Figura 23. Fuga hermética, prueba neumáticap. 42
- Figura 24. Tanque uno, prueba neumáticap. 43
- Figura 25. Fuga hermeticidad, prueba neumáticap. 43
- Figura 26. Tubería unop. 44
- Figura 27. Tubería dosp. 44
- Figura 28. Tubería tresp. 44
- Figura 29. Tubería cuatrop. 45
- Figura 30. Tubería cincop. 45
- Figura 31. Tubería seisp. 46
- Figura 32. Tubería sietep. 46
- Figura 33. Tanque dos explotadop. 47
- Figura 34. Tanque dos explotado desmontadop. 47
- Figura 35. Tanque dos reparadop. 47
- Figura 36. Conexión punto a punto PLC a computadorp. 48
- Figura 37. Centro de redesp. 48
- Figura 38. Configuración de conexionesp. 49
- Figura 39. Conexión de área localp. 49
- Figura 40. Estado de conexión de área localp. 50
- Figura 41. Propiedades de área localp. 50
- Figura 42. Protocolo IPV4p. 51
- Figura 43. Inicio RSlinxp. 51
- Figura 44. Configuración de controladoresp. 52
- Figura 45. Conexión controlador redp. 52
- Figura 46. Configuración de controladores dosp. 52
- Figura 47. Página inicio RSlinx, módulo Ethernetp. 53
- Figura 48. Configuración de puertop. 53
- Figura 49. Direcciones de servidorp. 54
- Figura 50. Añadir relaciónp. 54
- Figura 51. Configuración de red DHCPp. 55
- Figura 52. RSlinx nuevas configuraciones de redp. 55
- Figura 53. Configuración de puerto, modo estáticop. 56
- Figura 54. Configuración de red dirección automáticap. 56
- Figura 55. Studio 5000p. 57
- Figura 56. Inicio studio 5000p. 57
- Figura 57. Referencia de CPUp. 58
- Figura 58. Configuración inicial de controladorp. 58
- Figura 59. Backplanep. 58
- Figura 60. Selección módulo Ethernetp. 59
- Figura 61. Configuración módulo Ethernetp. 59
- Figura 62. Creación módulo salidas digitalesp. 60
- Figura 63. Backplane, entradas y salidas digitalesp. 60
- Figura 64. Propiedades módulo análogop. 61
- Figura 65. Configuración de entrada análoga unop. 61
- Figura 66. Configuración de entrada análoga unop. 61
- Figura 67. Configuración general del módulo de entradas análogasp. 62
- Figura 68. Configuración de puertos de entrada cerop. 62
- Figura 69. Configuración de puertos de entrada dosp. 62
- Figura 70. Creación módulo de entradas análogas dosp. 63
- Figura 71. Configuración entrada de sensores de nivelp. 63
- Figura 72. Configuración entrada sensor de presión diferencialp. 64
- Figura 73. Creación módulo RTDp. 64
- Figura 74. Backplane configuradop. 64
- Figura 75. Quién activo para el PLCp. 65
- Figura 76. Descarga de primer programap. 65
- Figura 77. Rutina principalp. 71
- Figura 78. JSR eliminar parámetrosp. 71
- Figura 79. Crear nueva subrutinap. 72
- Figura 80. Configuración subrutina nuevap. 72
- Figura 81. Programación ladder para válvulasp. 72
- Figura 82. Nueva etiquetap. 73
- Figura 83. Etiqueta tipo basep. 73
- Figura 84. Etiqueta tipo aliasp. 74
- Figura 85. Ladder línea dos válvulasp. 74
- Figura 86. Asociar contactos con etiquetas creadasp. 74
- Figura 87. Líneas finales de programación de válvulas on/offp. 75
- Figura 88. Líneas finales de programación de válvula solenoidep. 75
- Figura 89. Programa ladder válvulas neumáticasp. 76
- Figura 90. Crear etiqueta globalp. 76
- Figura 91. Crear etiquetas globales para válvula proporcionalp. 77
- Figura 92. Subrutina resistenciasp. 77
- Figura 93. Programa de las resistenciasp. 78
- Figura 94. Programa habilitadoresp. 78
- Figura 95. Creación de etiquetas para las RTDp. 78
- Figura 96. Etiquetas RTDp. 79
- Figura 97. Total etiquetas de sensoresp. 79
- Figura 98. Subrutina HMIp. 80
- Figura 99. Factorytalkviewp. 81
- Figura 100. Creación de nuevo proyecto Factorytalkviewp. 82
- Figura 101. Selección display inicialesp. 82
- Figura 102. Nueva pantallap. 82
- Figura 103. Nombrar un nuevo displayp. 83
- Figura 104. Configuración de pantalla, propiedadesp. 84
- Figura 105. Configuración de pantalla, comportamientop. 85
- Figura 106. Añadir imágenes a la pantalla, paso unop. 85
- Figura 107. Imágenes prediseñadasp. 86
- Figura 108. Añadir imágenes a la pantalla, paso dosp. 86
- Figura 109. Avance de displayp. 86
- Figura 110. Creación de panelp. 87
- Figura 111. Botón navegaciónp. 87
- Figura 112. Propiedades de botónp. 88
- Figura 113. Botón de salidap. 88
- Figura 114. Avance dosp. 89
- Figura 115. Comunicación con el PLC, paso 1p. 89
- Figura 116. Comunicación con el PLC, paso 2p. 90
- Figura 117. Comunicación con el PLC, paso 3p. 90
- Figura 118. Comunicación con el PLC, paso 4p. 90
- Figura 119. Comunicación con el PLC, paso 5p. 90
- Figura 120. Botón mantenidop. 91
- Figura 121. Botón mantenido, estado unop. 91
- Figura 122. Botón mantenido, estado dosp. 92
- Figura 123. Relación de tagp. 92
- Figura 124. Propiedades de entrada numéricap. 93
- Figura 125. Etiqueta de stringp. 93
- Figura 126. Gráfica de barrap. 94
- Figura 127. Gráfico de tendencia, paso unop. 94
- Figura 128. Gráfico de tendencia, paso dosp. 95
- Figura 129. Gráfico de tendencia, paso tresp. 95
- Figura 130. Gráfico de tendencia, paso cuatrop. 95
- Figura 131. Caracterización de válvula eléctricap. 96
- Figura 132. Sentidos posibles para válvula de tres víasp. 97
- Figura 133. Caracterización de Válvula de tres víasp. 97
- Figura 134. Baño secop. 99
- Figura 135. Caracterización de RTD alta temperaturap. 99
- Figura 136. Caracterización de RTD Baja Temperaturap. 100
- Figura 137. Prueba uno Caracterización de sensor diferencial de presiónp. 100
- Figura 138. Prueba dos Caracterización de sensor diferencial de presiónp. 101
- Figura 139. Prueba tres Caracterización de sensor diferencial de presiónp. 101
- Figura 140. Prueba cuatro Caracterización de sensor diferencial de presiónp. 101
- Figura 141. Unidad de mantenimientop. 101
- Figura 142. Prueba uno Caracterización de sensor de presión absolutap. 102
- Figura 143. Prueba dos Caracterización de sensor de presión absolutap. 102
- Figura 144. Prueba tres Caracterización de sensor de presión absolutap. 102
- Figura 145. Prueba cuatro Caracterización de sensor de presión absolutap. 102
- Figura 146. Caracterización de sensores de nivelp. 103
- Figura 147. Acción de encendido del PWM en las resistenciasp. 104
- Figura 148. Programa generador de señal PWMp. 105
- Figura 149. RSlinx topic configurationp. 106
- Figura 150. Creación de servidor y enlace con proyecto en líneap. 106
- Figura 151. Conexión con el servidor OPCp. 106
- Figura 152. Librería de simulink para servidor OPCp. 107
- Figura 153. Herramientas OPC Matlabp. 107
- Figura 154. Configuración de módulo de comunicación OPC paso 1p. 108
- Figura 155. Configuración de módulo de comunicación OPC paso 2p. 108
- Figura 156. Configuración de módulo de comunicación OPC paso 3p. 108
- Figura 157. Configuración de módulo de comunicación OPC paso 4p. 109
- paso 1p. 109
- paso 2p. 110
- Figura 160. Numeración de elementos de la Planta Destiladorap. 111
- Figura 161. Gráfico presión vs flujo (litros por minuto de circulador enfriador)p. 117
- Figura 162. Pantalla de inicio HMIp. 121
- Figura 163. Ventana actuadores eléctricos ON/OFFp. 122
- Figura 164. Ventana actuadores neumáticosp. 122
- Figura 165. Ventana variable nivelp. 123
- Figura 166. Ventana variable temperaturap. 124
- Figura 167. Ventana actuador bombap. 124
- Figura 168. Ventana actuador circuladorp. 125
- Figura 169. Ventana variable presiónp. 126
- Figura 170. Accionamiento de actuadores resistivos de calorp. 126
- Figura 171. P&ID Planta de destilaciónp. 128
- Figura 176. Modelo de la plantap. 131
- Figura 177. Datos reales de la planta y resultados del modelo simuladop. 132
- Figura 178. Sistema OPC implementadop. 133
- Figura 179. Respuesta del sistema de temperaturap. 134
- Figura 181. Simulación controlador 1p. 136
- Figura 182. Simulación controlador 2p. 136
- Figura 183. Simulación controlador 3p. 136
- Figura 184. Simulación controlador 4p. 137
- Figura 185. Simulación controlador 5p. 137
- Figura 186. Simulación controlador 6p. 138
- Figura 187. Simulación controlador 7p. 138
- Figura 188. Simulación controlador 8p. 138
- Figura 189. Resultado controlador 1p. 139
- Figura 190. Resultado controlador 2p. 140
- Figura 191. Resultado controlador 3p. 140
- Figura 192. Resultado controlador 4p. 141
- Figura 193. Resultado controlador 5p. 141
- Figura 194. Resultado controlador 6p. 142
- Figura 195. Resultado controlador 7p. 142
- Figura 196. Resultado de controlador 8p. 143
- Tabla 1. Sensores de temperaturap. 66
- Tabla 2. Sensores de nivelp. 67
- Tabla 3. Sensores de presiónp. 67
- Tabla 4. Sensor inductivo de presenciap. 68
- Tabla 5. Válvulasp. 68
- Tabla 6. Bomba Peristálticap. 69
- Tabla 7. Refrigeradorp. 70
- Tabla 8. Resistenciasp. 70
- Tabla 9. Elementos Mecánicos de la planta destiladora y sistema de tanquesp. 112
- Tabla 10. Elementos eléctricos de la planta destiladorap. 114
- Tabla 11. Diseño de controlador PID por método Ziegler and Nicholsp. 134
- Tabla 12. Controladores experimentadosp. 135