Autor: Julio Douglas Antonio Ruiz Gonzalez
Titulo: Automatizacion Industrial
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INTRODUCCIÓN
En la industria azucarera a nivel nacional y tambien mundial existen muchos puntos del proceso global de hacer azucar que son potencialmente viables de automatizar y donde la recuperacion de la iversion monetaria de las inversiones se obtienen en forma rapida, uno de dichos procesos es la evaporación de jugo de caña identificando los puntos donde hay que implementar control para obtener un producto de alta calidad como lo es el producir azucar para consumo humano asi como las diferentes calidades de azucar para consumo local y de exportacion, dichos niveles de calidad se han incrementado debido a la apertura de mercados para la industria local en Europa, Asia, EEUU, America del sur. Esto hace necesario que los controles de calidad de la materia prima y del proceso sean mas exigentes, información en linea de lo que sucede en la fabrica, aparte de la calidad requerida del producto se busca la disminución de costos de producción y de mantenimiento para ser mas competitivos en el mercado mundial cabe mencionar que Guatemala ocupa el quinto lugar de producción de azucar a nivel mundial.

Estos requerimientos de calidad y rentabilidad de la industria se logran con la herramienta que la automatización industrial ofrece, control total del proceso, controles de calidad, información en base de datos para analizarla y tomar decisiones rapidas, para ello se identifica la necesida de automatizar el proceso de evaporaracion de jugo de caña de azucar el cual lo conforma una bateria de vasos evaporadores colocados en serie para elimar la mayor cantidad de agua contenida en el jugo y llevarla a una determinada densidad en grados Brix del producto lo mas constante posible a la salida de la bateria, disminuir los tiempos de limpieza del vaso al realizarla en forma manual sin ningun control de la cantidad de quimico utilizado ademas del tiempo empleado para su limpieza, perdida del ciclo de limpieza ocasionando baja capacidad de tranferencia de calor en el vaso obteniendo muy poca concentración del producto ocasionando valor de brix muy bajos en la salida de la evaporación, altos consumos de vapor ocasionados por la poca tranferencia de calor de los aparatos al estar sucios.

Para optimizar el tiempo de operación del vaso y disminuir el tiempo en el cual este fuera de operación por los ciclos de limpieza y para hacer mas eficiente el intercambio de calor en el vaso con un menor consumo de vapor para evaporar y un menor consumo de agua para hacer vacio en los vasos meladores, para lograr estos objetivos es necesario implementar una estrategia de control como la que se discutira mas adelante en la cual se tengan en cuenta estas premisas y hacer que el control corriga las diferentes necesidades de optimizar el proceso, pero el control no hace todo el trabajo, los equipos de medicion y regulacion deben de llenar las necesidades impuestas por el proceso como son el grado de precision, robustez, condiciones ambientales de trabajo, debido a que esto afecta a los equipos de medicion, y para el equipo de control hay que considerar que condiciones trabajara y que caracteristicas tiene el proceso para dimensionar bien el equipo y no sufra por condiciones fuera de especificación dadas por el fabricante lo cual puede ocasionar daños irreparables en el mismo representando inversiones monetarias mas altas de lo previsto.
Se consideran las ventajas y desventajas de la red de comunicación de control en una topologia de anillo típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un anillo, que conectan dispositivos de campo como PMC (programm multifunction controller) , PLCs, cajas remotas. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del anillo.

De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.

Se detalla la aplicación de la gestion del control se hace atraves del HMI del control distribuido y se emplea para ello un modulo de software donde se programan las secuencias, estrategias de control tomando en cuenta las condiciones operativas del vaso evaporador, ambiente grafico el cual sera la interfase entre el operador y los valores de las mediciones efectuadas por el equipo de medicion y los valores de salida de la accion del controlador despues de ejecutar las estrategias de control y optimizacion del proceso provenientes de un PMC (programm multifunction controller ) donde residen en memoria los programas aplicativos de gestion de entradas y salidas de equipos de campo, estos datos llegan al PMC via red , estos valores son leidos por un servidor donde se generan las alarmas e historicos del sistema , en este mismo servidor se dan de alta a los usuarios del sistema con sus respectivos permisos de acceso de igual forma con la configuración de las direcciones IP de todos los equipos que son clientes.

Finalmente se analizan las ventajas de automatizar la bateria de vasos evaporadores propuestas por este estudio junto con las recomendaciones planteadas al final de este trabajo.


OBJETIVOS


General

Eficientar y mejorar el proceso de evaporación de jugo de caña de un ingenio azucarero, por medio de la automatización para una operación estable que permita obtener una densidad constante de la meladura, dentro de ciertos limites permitidos por el control de calidad.



Especificos


1. Bajar costos de operación en lo que respecta a la limpieza a traves de quimicos por medio de automatizar el proceso de limpieza del vaso evaporador.

2. Incrementar la transferencia de calor manteniendo un nivel estable dentro del vaso evaporador por medio de una subrutina que toma encuenta las perturbaciones en los vasos anteriores.

3. Reducir los tiempos perdidos por malas operaciones manuales.

4. Almacenar datos de la operación del proceso cuando se necesite tomar decisiones para hacer mejoras.

5. Contar con los datos en tiempo real lo que permitira al personal operativo saber cuando esta el proceso trabajando fuera de los limites de calidad requeridos.

6. Desarrollar subrutinas de control que tomen en cuenta la experiencia del personal operativo y que sean de facil implementacion.

7. Implementar controladores de nivel con antealimentacion para hacer correcciones dinamicas cuando existan perturbaciones en el proceso y no lo hagan inestable.


CAPITULO 1
EQUIPO DE CAMPO

1.1 Equipo de medición: para definir que equipo de medicion se empleara primero se definen las variables de control del proceso de evaporación, la variable base de control lo sera el nivel del jugo dentro del vaso evaporador esta variables se miden directamente, la temperatura de jugo de caña se utilizara para el calculo de la transferencia de calor en el vaso evaporador, siendo este calor una medicion indirecta, presion de vapor en el cuerpo del vaso evaporador dara seguridad al control para evitar que existan sobrepresiones que puedan afectar la estructura fisica del vaso y la seguridad del personal operativo .

habiendo definido las variables de control se identificara el punto o los puntos de ajuste del sistema de control , anteriormente se difinio el nivel como la variable base , siendo el nivel de un vaso evaporador el que variara en un rango para obtener la mayor transferencia de calor dentro de la calandria del vaso evaporador se tomara como punto de ajuste, cuando se trate de vasos evaporadores que trabajen con vacio este variara tambien en un rango y para determinar que cantidad de agua hay que adicionar para que el condensador trabaje en su punto optimo se tomara como otro punto de ajuste aparte del nivel.

Teniendo claro cuales son los puntos de ajuste y las variables de control base se consideran las carateristicas que deben tener los instrumentos de medicion y los equipos de control en el proceso considerando el grado de precision requerido por el proceso, esto definira el tipo de control distribuido que se necesite, para este estudio ya existe un control distribuido por lo que se describen las caracteristicas de los componentes de hardware y software del mismo.

1.1.1Transmisores de nivel : sirve para medir el nivel dentro de un vaso evaporador donde hay presion o vacio cuando se trate de un melador, debe de ser confiable y lo mas apegado a la realidad dependiendo del modo de operación del vaso si esta en limpieza automatica o en operación, esto depende del principio de medicion que se utilice.

Esta medicion es de vital importancia porque es parte del lazo de control de nivel del vaso y los limites de conmutación entre un controlador de nivel normal y otro controlador de seguridad los cuales evitaran operaciones riesgosas que hagan que el vaso llegue a nivel muy alto.

El sensor de nivel mas indicado es el tipo flotador el cual mide directamente el nivel en el que esta operando el vaso, es resistente a la acidez del jugo de caña de azucar y se debe de tomar en cuenta para dimensionarlo adecuadamente la gravedad especifica del jugo de caña y la altura del vaso evaporador donde se instalara para medir el nivel, este flotador corre dentro de una bobina lineal la cual da una lectura proporcional en 4 a 20 mA, acontinuacion se detallan las caracteristicas fisicas del sensor y transmisor de nivel utilizado en los vasos evaporadores.




Modelo :
"Babbitt" LG Series Magnetic Level Gage
Model: LG6 C 2 150#-1.100-212-20-129.600"(FS)(LJ)(CS)
Chamber: 2½in. Sch. 10 316/316Lss
Mounting Style: C
Connection Locations: Top Side, Bottom Side
Process Connections: 2in. 150#lb. RFLJ Flanges Carbon Steel
Minimum Specific Gravity: 1.100
Max. Operating Temp.: 212 °F (100 °C)
Max. Operating Pressure: 20 psig (1 kg/cm2)
Center to Center 'L' Dimension: 129.600 inches (3292 mm)
Indicator: Magnetic Flipper with Scale
Scale: Feet and Inches
Vent: 1/2 in. 316/316Lss NPT& Plug with 316/316Lss Weld Cap
Drain: 1/2 in. CS NPT and Plug with Carbon Steel 150# RFSO Flange & Blind
Mismo equipo pero con bridas de conexión en SS316/316L
Sensor LT1 Series Analog Transmitter
Model: Transmitter - Reed, .50inch, Bottom Mount, w/Elbow,
Remote- 2-Wire loop powered 4/20mA 24VDC Reed Transmitter
- UL & CSA Certified for Class I, Div I, grps B, C, & D hazardous locations MLS Series Level Switch
Model: MLS-3EX, 1a Rated, SPDT


Figura 1. Medidor de nivel para jugo de caña.


1.1.2Transmisor de temperatura : sirve para medir la temperatura del jugo de caña dentro de la calandria del vaso e indica que tanto esta transfiriendo el vaso evaporador su temperatura ademas de indicar si se ensucio al disminuir la temperatura , en el ciclo de limpieza del vaso evaporador esta medicion es fundamental para realizar este ciclo debido a que en la subrutina de operario del vaso esta medicion se toma encuenta cuando se esta parametrizando el vaso para su operación.

Cuando se trata de un vaso melador esta temperatura es muy importante porque indicara si existe un valor de vacio para que el vaso pueda trabajar adecuandamente y pueda evaporar el contenido de agua que todavía lleve la meladura.

El tipo de sensor utilizado es de resistencia variable RTD de dos hilos con un transmisor que convierte la variabilidad de resistencia a una señal estandar en corriente directa de 4 a 20 mA. Acontinuacion se dan las caracteristicas del transmisor y sensor de temperatura.

Tabla I. Caracteristicas de sensor y transmisor de temperatura.
TRANSIMISOR DE TEMPERATURA (rango bajo)
Modelo : TT301-11-10-BD-TD-L2-I1
TT301: TEMPERATURE TRANSMITTER
1: WITH DIGITAL INDICATOR
1:CARBON STEEL BRACKET AND ACCESORIES
1: WITH LOCAL ADJUSTMENT
0: 1/2 - 14 NPT (ELCTRICAL CONECTIONS)
BD: DOWNSCALE
TD:TERMOCOUPLE TYPE K - NBS
L2: 2 WIRES
L1:CERTIFICATION FM- FACTORY MUTUAL (DEFAULT)


SENSOR DE TEMPERATURA
Modelo : RTD
PT100:RTD
TIPO:2 Hilos
MATERIAL :Alumínio
Material de baina:316
Ø: 6mm
LARGO :U = 6"
Ø CONECCIÓN ELECTRICA:1/2" NPT
Ø CONECCIÓN DE PROCESO:1/2" NPT
SALIDA 4 A 20 mA
RANGO DE TRABAJO:0º a 200º C



1.1.3 Transmisor de presión.
Esta medicion es utilizada para medir la presion de vapor en el cuerpo del vaso evaporador no importa del efecto evaporador en el que este instalado, se debe de tener cuidado cuando este instalado en un vaso donde exista vacia para calibrarlo, esta medicion es importante porque la subrutina de operación del vaso evaporador la considera para que entre en operación automatica.

Es importante es medicion porque da el valor limite de seguridad de presion de vapor en el cual la operación del vaso evaporador es peligrosa porque puede causar sobre presion en el cuerpo del vaso evaporador y puede romper el vaso. El principio de medicion se efectua por medio capacitivo donde una membrana recibe la presion hecha sobre una camara del transmisor y esta es proporcional a un valor de capacitancia variable la cual es proporcional a un valor estandar de corriente directa de 4 a 20 mA.

Acontinuacion se detallan las caracteristicas del transmisor de presion

LD301 transmisor de presion
M3 manometrico
1 material del diafragma 316L SST fluido silicon.
I material de válvulas de venteo 316L SST.
Tmeterial de oring de teflón.
D posición del venteo abajo.
1 con indicador digital.
1 conexión a proceso de ½” NPT ( con adaptador).
0 conexión electrica de ½” NPT.
1 con ajuste local de cero y span.
1 montura de acero al carbon.
A1 tuercas y tornillos inox. 316 SST.

1.2 Equipo de control automático

1.2.1 Válvulas de regulación de jugo y vació.
Este equipo de control lo conforma la válvula de regulación de control de nivel del vaso evaporador el cual limitara la cantidad de jugo de caña que entrara al vaso para que opere a su nivel optimo y ademas esta limitado por los niveles de seguridad de los diferentes modos de control del mismo vaso.

Debido a las condiciones de trabajo tan severas donde trabajara la válvula de control se debe de tomar encuenta la abrasión , la velocidad de fluido cuando la válvula regule el nivel, la caida de presion en el cuerpo de la válvula, la corrosion quimica debido a la acides del jugo de caña, se considero una válvula con material de acero inoxidable, acontinuacion se detallan las siguientes caracteristicas de construiccion de la válvula :

Tabla II. Caracteristicas de valvula reguladora.
VALVULA AUTOMATICA DE MARIPOSA DE 12"
Válvula rotatoria de control Fisher Controls tipo mariposa
modelo 8560, de 12".
Cuerpo Acero Inoxidable
Disco de Acero Inoxidable 316 SST
Eje de Acero Inoxidable 17-4PH SST
Empaquetadura de PTFE V-RING.
Seal Ring de PTFE
Cuerpo: 12", tipo Wafer, Clase 150
Eje: 1-1/2" tipo "Splined Shaft"
Conexiones: Wafer, entre Bridas ANSI Class 150
Rotación: 90 grados.
Actuador neumático de pistón tipo rotatorio, modelo
1066, tamaño 75 de doble acción. Sin falla de aire.
Aire al Pistón: 100 Psig.
Posicionador electro neumático modelo 3720, montado I/P 4 a 20 mA.
directamente en el Actuador. Tipo rotatorio.
Incluye Filtro Regulador de aire y Manómetros
Señal de entrada: 3-15 psig

Este tipo de válvula de control tipo mariposa es ideal por su poca perdida de presion , ofrece un control efectivo de regulación, da caracteristicas de flujo lineal hasta los 90º de rotacion del disco de la mariposa, el disco es excéntrico para que el propio disco apriete el sello y con esto minimizara el desgaste del sello.

El tipo de actuador es de piston con lo que se trata de minimizar las perdidas de sensibilidad comparado con un actuador que utiliza diafragma, cuando el diafragma comienza a perder sus características de elasticidad altera la respuesta del lazo de control y afecta al proceso en si mismo, el actuador que utiliza piston no se ve afectado por insensibilidad.

Por el tipo de sello que posee se puede utilizar para el control de vacio en los vasos evaporadores meladores garantizando cero fugas.

1.2.2 Válvulas todo o nada (on/off)

Este tipo de válvula esta instalado en la linea de jugo de caña que entra y sale del vaso evaporador, su función es desviar el flujo de jugo de caña cuando el vaso evaporador este en limpieza aislandolo de la linea de jugo de caña, alimenta de vapor a la calandria del vaso evaporador, desviar los condensados de agua, ingresar el producto quimico (en caso de utilizarlo) para la limpieza del vaso evaporador si es necesario.

Estas válvulas no hacen ninguna regulación de jugo solamente una accion todo o nada dependiendo del modo de operación del vaso, son importantes estos equipos porque son consideradas en la rutina de control del vaso evaporador donde se considera su posición de abierto o cerrado para determinar que accion se debera de tomar el controlador.

Las perdidas que tienen la válvula de mariposa es reducida , la accion de la abrasión del jugo de caña, la accion quimica del jugo se consideran las siguientes caracteristicas de las válvulas : el jugo de caña tiene una temperatura en la entrada al primer efecto de evaporación de 240ºF con una velocidad de 6 a 7 pies cubicos por segundo, con un ph de 6.5. presion de operación debido a que el fluido es bombeado de 60 psi, el flujo maximo sera de 4000 gpm.

Válvula de mariposa marca Bray Controls, modelo Serie 30, con las siguientes características: válvula de mariposa con 14” de diámetro, material del cuerpo: hierro dúctil, material del disco y vástago: acero inoxidable 316, asiento de EPDM, temperatura máxima de operación 250°F. Actuador neumático de doble acción marca Bray Controls modelo 90 – 630. Incluye válvula solenoide para conmutación del mismo con voltaje 110 VAC e indicador de posición marca Bray Controls.

Modelo 2 N1 Serie 52, para montar directamente sobre actuador neumático marca Bray Controls con las siguientes características: indicador de posición con señal de sensores inductivos, salida NPN, alimentación 10 – 65 VDC, protección Nema 4, IP 65 y cable de conexión.

Para válvulas donde el liquido se hace mas denso en efectos de evaporación como el tercer efecto, cuarto efecto y meladores , la temperatura es de 170ºF, con 800 gpm , liquido bombeado a una presion de 80 psi.

Se considera que el tipo de material elatomerico EPDM del sello de las válvulas on/off cumple con el limite de temperatura maximo dada por el fabricante igualmente porque puede estar en contacto con liquidos con pH bajo.

Se recomienda que para este tipo de válvula su instalacion se proceda de la siguiente manera:

Este tipo de válvula de este marca son bidireccionales debido a que el control de caudal del fluido es igual en cualquier direccion y estan diseñadas para instalarse entre bridas ANSI 124# y 150# , se recomienda no utilizar juntas.

Antes de instalarla cierre la válvula, separe las bridas lo suficiente como para permitir que la válvula se deslice fácilmente entre ellas, inserte la válvula entre las bridas, asegurese de centrarla y no dañar el revestimiento, permita que las bridas retornen a su posición normal, instale y apriete a mano todos los pernos de las bridas, abra lentamente la válvula comprobando el libre movimiento del disco, si no se encuentran obstrucciones deje la válvula en posición abierta y apriete todos los pernos de las bridas.

Asegurarse de mantener las caras de las bridas tan paralelas como sea posible durante y despues del apriete de los pernos o pasadores, despues del apriete final, vuelva a revisar la abertura total y el cierre de la válvula. Este tipo de válvula no requiere ningun mantenimiento ni lubricación regular.


1.3 Componentes de controladores
1.3.1 Hardware ORSI, Estructura del sistema ORSI, Rack`s del PMC

Es un sistema modular multifunción programable para regulación y supervisión de procesos y plantas industriales el cual esta estructurado en dos niveles principales.
Figura 2. Estructura Orsi.






front-end no inteligentes, modulos front-end inteligentes TAIP2A, TAOP2A).

La conexión del primer y segundo nivel es atraves de un cable plano de 26 conductores situado en la parte de a tras de los modulo del front-end los cuales han sido conectados a las conexiones de campo.

El gabinete esta formado por tres modulos ensamblados entre si y estan montados sobre una bancada de metal el cual lo dota de rigidez estrusctural y facil anclaje, el gabinete tiene acceso en la parte delantera y trasera las cuales poseen cerraduras para evitar intrusos de personal no autorizado en los racks de control del PMC.

El armario aloja el PMC con sus respectivas aprotecciones magneto termicas , en la parte delantera se puede obervar el estado del sistema por medio de leed. En la parte trasera se accede al cableado completo del sistema de control con sus tarjetas de entrada / salida, y a la interconexión entre los racks.

El modulo del lado izquierdo en la parte delantera se alojan todos los circuitos, protecciones y subsistemas auxiliares del sistema PMC como lo son las fuentes de alimentación de 24 vcc y de 220 vac y en su parte trasera aloja exclusivamente regleteros de señales de entrada y salidas analogicas y digitales.

figura 3. Disposicion de los modulos Rack del PMC

El modulo derecho posee placas de montaje donde se instalan regleteros de entrada y salida a campo, la distribución de las entradas / salidas en los modulos depende de la cantidad de cada tipo agrupando entradas analogicas, salidas analogicas, entradas digitales y salidas digitales.

Rack de PMC

Los Rack son contenedores de metal hechos de varias partes ensambladas donde los modulos del sistema de la serie 15 son insertados, todos los tipos de racks son obtenidos de una estructura de metal basica como se muestra en la figura de abajo, para los cuales los conectores y bus de distribución son hechos en base a los modulos los cuales son insertados dentro del rack.


Figura 4. Iter rack


El RACK15 y el PSRACK15 son diseñados para contener los modulos del sistema, estos modulos son los que portan la salida de control de la planta y otros modulos los cuales son la interfase a otros sistemas y/o conversión de señal de campo.

Figura 5. Iter rack 15/cp-rack

El T RACK contiene los modulos que llevan a cabo el condicionamiento y aislamiento galvanico de las señales que vienen de campo.


Figura 6. Iter rack-15 / T-rack


1.3.2 Fuentes de alimentación PS15 Y PSC15

ITER PSC15

El modulo PSC15 representa el control de la fuente de poder para el sistema de la serie 15, esta insertado en la parte derecha del rack.

Las funciones principales de este modulo son las siguientes:

a) Adquisición de señales dadas por la fuente de poder PS15 o una fuente redundante de poder PS15.

b) Control de voltaje presente en el sistema + 5 Vdc y +-16 Vdc, tambien +24 Vdc de alimentación.

c) Adquisición del estatus de la cadena de Watch-dog derivada de las tarjetas de interfase de campo ( modulos front-end ).

d) Cuenta con cuatro entradas digitales auxiliares.

e) Intercambio de información con un sistema de back up para cambios de operación de maestro esclavo, se requieren dos PSC15 para este caso una para cada sistema.


Figura 7a y 7b. Psc15


El modulo puede ser configurado por medio de jumpers situados dentro del modulo mismo, la PSC15 permite la adquisición del estatus logico de las señales dadas por el sistema de poder de la unidad PS15, cada PSC15 es capas de adquirir señales derivadas de un maximo de cuatro fuentes de poder fijas en el rack de alimentación principal, tambien permite interfasearse con el sistema de la serie 15 de CPU lo cual permite comunicarse con otros bloques funcionales del modulo.

ITER PS15
El modulo ITER PS15 ha sido desarrollado para dar al sistema de la serie 15 con modulo de fuente de poder redundante con control y sistema de diagnostico capas de dar constantemente información y las condiciones de operación del estado del voltaje de la fuente principal, el manejo y estructura de control de cada modulo diseñado para ser reemplazado durante la operación, para sistemas redundantes, la falla no afecta la operación normal de la planta.



Figura 8. Iter ps 15


Todas las conexiones entre la fuente principal de poder con los modulos que estan insertados en el rack son por medio de cables separados prefabricados con conectores dependiendo del tipo de configuración usado.

Figura 9. Indicacion Iter ps 15

Es posible tener sistema redundante de fuente de poder lo que posibilita la posibilidad de tener dos fuentes primarias haciendo posible prevenir fallas de alimentación lo cual interfiere con la operación normal de la planta.

1.3.3 Procesador CP15/386, Procesador CP15/86, OPEN PMC

MODULO CP15/386

El modulo CP 15/386 constituye la CPU del sistema serie PMC 15 basado sobre el microprocesador de 32 bit 80386sx con 16 MHz de reloj, el puerto esta fijado con un coprocesador 80387sx el cual esta diseñado como suplemento al micriprocesador para operaciones de punto flotante de conformidad con el estandar ANSI/IEEE 754.

Tabla III. Caracteristica tecnicas CP15/386


Dispone de una memoria tipo STATIC RAM con redundancia con bateria para aplicaciones de programa, variables de programa y variables de usuario, la distribución de la memoria toma lugar de una manera dinamica ligada con el modulo de configuración via software para requerimientos particulares del sistema, la memoria disponible del modulo independiente de la configuración es de 2 Mb.

La configuración de los puertos estan contenidos en una memoria EEPROM, cada vez que es requerido el uso de tal soporte atraves del sistema de monitoreo , el modulo esta con el tiempo real con una funcion capaz de dar información concerniente al año , mes, dia, hora, minutos y segundos, operación libre de interrupcion de este dispositivo garantizada por una bateria de litio usado por STATIC RAM.

Una comunicación en paralelo ha sido hecha sobre el modulo CP15/386 el cual esta dedicado para el manejo teniendo una estructura de redundancia en caliente, gracias al uso de este canal dedicado y al tipo de conexión ha sido posible eliminar el uso de interfases adicionales (NET1) y obtener un enlace de comunicación de alta velocidad.

El modulo CP15/386 tiene funciones de autodiagnóstico basados en Watch_dog, y contactos de rele libres de potencial para circuitos de alarma o proteccion en caso de falla de la CPU.


Gracias al programa de diagnostico del modulo CP15/386 es capaz de reconocer durante la operación condiciones eventuales de fallo del modulo y los demas elementos que levantan el sistema en el cual del modulo esta inserto lo cual resulta interesante, las condiciones de fallo estan dadas al operador a traves de uno led indicadores que estan presentes en laparte de enfrente del modulo como lo puede apreciar de la figura de arriba.

Figura 10. Indicacion de CPU 15/386

OPEN PMC
Es la nueva generacion de un sistema de control distribuido DCS de SIEMENS , el cual fue desarrollado usando componentes estandar de SIMATIC PC, un open PMC es una combinación de hardware SIMATIC PC con un arreglo de productos que pueden se interconectados homogéneamente al sistema.

Figura 11. Red de comunicación para OPEN PMC



El siguiente sistema de bus puede ser usado con el open PMC:
a) Ethernet ( con protocolo TCP/IP) como sistema de bus.
b) PROFIBUS DP como bus de campo


La conexión entre el control y las I/O es hecho via field bus de alta velocidad profibus-dp a 12 MB estandar el cual puede ser conectado a todos lo perifericos.

1.3.4 Modulo COMM, Módulos IOP2, Tarjetas FRONT-END

ITER COMM
El modulo ITER COMM es una tarjeta auxiliar que permite conexión del sistema a un equipo electronico externo, con otro sistema de automatización (diferente fabricante) o varios tipos de comunicación.

La conexión del modulo ITER COMM con un dispositivo externo es por medio de modulos PLUG los cuales son usados para procesar datos en transido al sistema y adaptar estos datos a un protocolo particular requerido, uno o dos modulos pueden ser conectados dependiendo de la versión instalada.

ArcPlug es un producto desarrollado por ORSI que permite conectar el sistema a ITERNET red de comunicación local (Arcnet estandar) esto da una alta velocidad y un intercambio eficiente de datos entre dispositivos ORSI y otras marcas de equipos. Cada modulo puede ser conectado a dos canales ITERNET.


Figura 12. Tarjeta COMM/DD



El administrador del modulo PLUG es hecho por un microprocesador el cual esta contenido en el modulo ITER COMM, el cual le da al sistema un dato de una manera uniforme e independiente para el tipo de dispositivo conectado.

La conexión con la unidad central del CP15 toma lugar por medio de un puerto dual a la memoria en la cual el dato transita del modulo donde fue almacenado.

Modulo IOP2
El modulo IOP2 es la unica interfase entre la unidad central y el tipo de tarjetas tipo T, con 64 canales TTL cada cual puede ser usado como entrada o salida , substituido por configuración se puede obtener una mezcla de operación, parte del modulo para adquisición digital y parte para salida digital.

Hay entradas tipo LATCH las cuales pueden ser usadas para sensar y pulsos de alta velocidad, hay ocho canales disponibles para la realización de multiplexion de entradas o salidas, esto hace posible expandir la capacidad del modulo para un mino de 64 canales, monitoreo durante la operación normal a un maximo de 512 canales.

Figura 13. Tarjeta inteligente IOP2




Todos los canales son conectados a un punto de tierra comun del sistema el cual esta aislado del campo esto hace factible el usar tarjetas tipo T , las cuales estan aisladas por medio de bancos de opto acopladores y fuente de poder necesaria para el control de los dispositivos de campo.

Otra caracteristica del modulo IOP2 es que requiere baja potencia debido al uso de circuitos logicos CMOS. El modulo puede ser insertado en un slot disponible en el rack del sistema.

Una direccion puede ser dada al modulo por el uso del jumper TB2 situado en la parte de arriba a mano derecha del impreso, el modulo cubre un grupo logico de 100 registros ( 0…99), la direccion de cada IOP2 puede ser asignada en pasos de 100.

Figura 14. Configuracion de direccion de la IOP2



Los cuatro conectores del frente de la IOP2 contienen las I/O las cuales permiten leer las entradas ( si un modulo de entrada no inteligente es conectado) , escribiendo las salidas ( si un modulo no inteligente es conectado) o intercambio de datos (si un modulo inteligente es conectado ) debe de recordarse la direccion de la información ( entrada o salida ) , tipo de modulo front-end conectado a la IOP2 (inteligente o no) y tipo de conexión.

El tipo de registros utilizados y la media de los valores contenidos depende del tipo de configuración asignado a la IOP2 y sobre esta base hay ciertos registros definidos como reservados.


Señales de entradas digitales de tarjetas TIP12-A

Las entradas digitales que admite este modulo son con referencia negativa de la fuente de 24 Vcc. Cuando existe en la entrada negativo esta se encuentra activada. Opera en el T rack en el cual esta insertado, el T rack es usado para soportar el alambrado de campo.

El modulo viene alimentado por una fuente igual a 24 Vcc o 48 Vcc , todas las salidas incluyendo las salidas habilitadas del modulo han sido proveídas con proteccion de sobre carga.

El modulo tiene un circuito Watch-dog el cual tiene un rele monoestable .


Figura 15. Tarjeta TIP12A.

Señales de salidas digitales TRL-11

Esta tarjeta es una interfase entre las salidas del modulo de control I/O instalado en el PMC.

Las tarjetas TRL-11 dan salidas de contacto seco normalmente abierto, estos contactos se encuentran cableado para dar salidas a campo en unos casos de 24 Vcc y en otros 110 Vac.
Esta equipada con 16 relevadores en paralelo ( un polo, doble tiro ) que puede ser configurado a traves de jumpers.

El modulo es completamente opto aislado el cual aisla la tierra del PMC de la tierra de campo el cual es una fuente de ruido.

El modulo tambien contiene un circuito que sensa el voltaje de alimentación de campo. Este opera dentro del T rack que actua como soporte para el cableado de las conexiones de campo.



Figura 16. Tarjetas TRL11


Señales de entradas analogicas de tarjetas TAIP2A-C

El modulo TAIP2A-C es un modulo inteligente equipado con un microprocesador, forma parte de los modulos serie T tambien llamados front-end los cuales son usados por la interfase del PMC con el campo.

Contiene 16 canales de entradas analogicas y son equipadas con aislamiento el cual protege el sistema y el canal. El modulo incluye funciones de autodiagnóstico, basados sobre el circuito Watch-dog y tiene una salida de rele que puede ser usada para un circuito de proteccion o señal de alarma en caso que el modulo falle.


Figura 17. Tarjeta TAIP 2A

La tarjeta TAIP2A contiene:

a) Fuente de poder conectada de 220 0 210 vac, genera todos los voltajes necesarios para la operación del modulo.

b) Opto aisladores los cuales separan la tierra de los circuitos logicos de la tierra de campo, los cuales pueden ser fuente de ruido.

c) Circuitos de conversión análogo-digital, construido con A.D.C.s de 12 bits.

d) Una serie de multiplexores que dan la conexión entre el canal que sera medido y la amplificación.

e) Dieciséis filtros de segundo orden ( 1 por canal) para altos disturbios.

f) Un circuito de auto calibración, consiste de un cuádruple D.A.C el cual maneja la calibración automática del canal que esta siendo medido, con el rango de temperatura.

g) Un microprocesador 80C31 el cual controla la conversión y las funciones de auto calibración.

h) Puerto dual de memoria la cual hace la interfase entre esta tarjeta y la tarjeta lógica y el controlador de intercambio de datos.

i) Estan cableadas estas tarjetas a regleteros que permiten señales analógicas de 2 hilos o de 4 hilos y ademas se pueden configurar de 0 a 20 mA lineal, 0 a 20 mA cuadrática, 4 a 20 mA lineal, 4 a 20 mA cuadrática, se aconseja utilizar aisladores galvanicos cuando la señal de procedencia es de cuatro hilos

j) señales de entradas de Pt-100 de tarjetas TAIP1-T que admiten los siguientes tipos de entradas: termopares K,S,J,R,E,T,B, termo resistencias de Pt-100, voltaje de +/- 20 mV, voltaje de +/- 60 mV, voltaje de +/- 2 mV de +/- 10 mV


Señales de salidas analogicas de tarjetas TAOP2-C

Es un modulo inteligente el cual consta de un microprocesador, pertenece al rango T, este rango es llamado asi por los modulos front end , los cuales sirven de interfase del PMC con el campo.

Tiene 12 salidas analogicas posibles que puede dar este modulo son: 0 a 20 mA, 4 a 20 mA. Se comunica o dialoga con el PMC a traves de cable conectado a cada canal de un modulo administrador.

Figura 18. Tarjeta TAOP2


La tarjeta TAOP2 contiene:

fuente de poder la cual da el voltaje requerido para la operación del modulo.
Opto aisladores los cuales aislan la tierra de los circuitos logicos siendo una fuente considerable de interferencias.
Circuitos que emplean un convertidor digital a analogico ( DAC) para ello utiliza una red resistivos.


La tarjeta TCPU:

a) El microprocesador 80C31 el cual maneja las I/O de los dos puertos paralelos y el puerto serial, recibe datos del sistema y es capas de manejar hasta un maximo de 12 modulos analógicos.

b) EPROMs arriba de 32 Kbytes en la cual se almacena la configuración, es programable a traves de un sistema supervisorio, y RAM arriba de 32 Kbytes en la cual almacena variables.

c) Control logico el cual genera las señales esenciales para la operación correcta.

El modulo comprime las funciones de diagnostico, basadas en Watch-dog dando un contacto de rele que puede ser usado para proteccion o indicacion de alarma cuando el modulo funcione mal.
 

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