automatizacion y control de un proceso de destilacion de alcohol crudo

7/25/2019 Automatizacion y Control de Un Proceso de Destilacion de Alcohol Crudo

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Centro de Investigacin Cientfica y Tecnolgica (CICYT)Telfonos: 2269760 2269761 Ext. 8578 - Fax: 2850493rea de Tecnologas. Edif. No. 37, planta baja Campus Gustavo Galindo Km 30.5 Va PerimetralGuayaquil-Ecuador

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AUTOMATIZACIN Y CONTROL DE UN PROCESO DE DESTILACINDE ALCOHOL CRUDO Y ETLICO POR MEDIO DE UN PAC ControlLogix,

CON REDUNDANCIA EN CONTROL Y COMUNICACIN, USANDORSLogix 5000 V16 E INTOUCH 10.0

Oscar Guillermo Castro Torres, Nino Israel Sucunuta Lozada, Ing. Alberto Manzur Hanna.Facultad de Ingeniera Elctrica y Computacin (FIEC).

Escuela Superior Politcnica del Litoral.Campus Gustavo Galindo, Km. 30.5 Va Perimetral, Cdigo Postal 09-01-5863, Guayaquil, Ecuador

[email protected], [email protected], [email protected]

Resumen

El presente proyecto comprendi en la seleccin, instalacin y puesta en marcha de un nuevo sistema que controle

automticamente el proceso de destilacin de Alcohol crudo y etlico, para la medicin, control y visualizacin de las

diferentes seales de nivel, presin, temperatura y flujo de la planta de destiladora de Alcohol crudo y etlico, de

CODANA. Esto abarca en automatizar un gran nmero de motores y lazos PID, los cuales van a ser manejados y

visualizados desde una PC ubicada en una cabina de mando y controlados desde un PAC (Controlador Autmata

Programable) ubicado en la misma cabina mencionada, usando Control Redundante y Comunicacin Redundante.

Palabras Claves:Destilacion, lazos PID,PAC,Control y Comunicacin .

Abstract

This project involved in the selection, installation and commissioning of a new automatic control system of the

distillation of crude oil and ethyl alcohol process , for measurement, control and display different level signals,

pressure, temperature and flow distilling plant oil and ethyl alcohol. This includes in automating a large number of

motors and PID loops, which will be managed and viewed from a PC located in a cockpit and controlled from a PAC

(programmable logic controller) located in the cabinet above, using Redundant Control and redundant

communications.

Keywords:Distillation, PID loops, PAC, Control and Communication redundant

1. IntroduccinEl presente proyecto contempla el uso de

tecnologas de automatizacin industrial para eldiseo, estructuracin e implementacin de un sistemade control y monitoreo integrado para el proceso dedestilacin de alcohol crudo y etlico, el mismo quepersigue la consecucin de los siguientes objetivos:

Asegurar la eficiencia del procesodisminuyendo el tiempo en paradas noprogramadas y en controles manuales.

Utilizar equipos de ltima generacin en elcontrol y monitoreo del nuevo sistema.

Garantizar la calidad del producto en todaslas etapas del proceso. Eliminar o disminuir al mnimo el grado de

congneres del producto.

2. Contenido.

Capitulo 1: Descripcin del Proceso Para ElaborarAlcohol.

En este primer captulo se describe el proceso de laelaboracin de alcohol crudo y etlico en la empresaCODANA, se detalla desde su materia prima (vino)hasta el producto terminado (alcohol a 96.5GL)describiendo el funcionamiento y distribucin de cadauna de las fases del proceso y de los elementos que

intervienen para la destilacin adems de las distintasformas de energas que se necesitan.


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Figura 1.- Esquema del proceso de destilacin dealcohol.

Capitulo 2: Anlisis y Diseo del Sistema deControl y Comunicacin Redundante Utilizandoun Pac Control Logix 5561 Manejado con ElSoftware de Programacin Rslogix 5000.

En este captulo nos enfocamos en la descripcindetallada del sistema de control y de comunicacin.Especialmente se trata sobre las caractersticas yanlisis de seleccin del controlador (PAC ControlLogix 5561), los mdulos de entradas y salidas

(analgica y discreta), las tarjetas de comunicacin(ControlNet y Ethernet) y adems de detallar lo querespecta al software de programacin (RsLogix 5000),drivers de comunicacin y la redundancia encomunicacin, adems de que se describe laarquitectura implementada en el sistema.

Figura 2: Arquitectura de implementada del

sistema.

Capitulo 3: Descripcion de Monitoreo de Proceso

para la Destilacion de Alcohol y Comunicacin delSistema.

El monitoreo del proceso de destilacin de alcoholjuega un papel muy importante ya que debe ser defcil manejo para el operador es por eso que estecaptulo se lo dedicamos al programa Intouch 10.0 quees el HMI de nuestro proyecto. Se describen laspantallas de visualizacin del proceso y se detalla losdiferentes arranques del proceso con lo cual tenemoslas siguientes ventajas:

Versatilidad y facilidad de uso, desarrollomulti-usuario y entorno editable para laproductividad de ingeniera colaborativa.

Librera completa de impresionantessmbolos grficos y cubiertas pre-construidaspara preservar los esfuerzos de ingeniera atravs de la re-utilizacin y laestandarizacin.

El poder y la flexibilidad sin precedentes, concapacidades de animacin grfica e scripting

integrales, permite a los ingenieros desoftware as como tambin a los noprogramadores y principiantes adaptarrpidamente funciones de aplicaciones.

Increble escalabilidad de un simple nodoHMI a soluciones de supervisin en toda laempresa.

Caractersticas incorporadas para el manejo yvisualizacin consistente de la calidad dedatos.

Compatibilidad reversa completa conaplicaciones existentes de software InTouch.

Caractersticas operacionales que proveenvisualizacin clara, ordenada y precisamientras se expande enormemente lacantidad de informacin disponible.

Posibilidad de crear paneles de alarma, queexigen la presencia del operador parareconocer una parada o situacin de alarma,con registro de incidencias.


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Generacin de histricos de seal de planta,

que pueden ser volcados para su procesosobre una hoja de clculo.

Ejecucin de programas, que modifican la leyde control, o incluso el programa total sobreel autmata, bajo ciertas condiciones.

Posibilidad de programacin numrica, quepermite realizar clculos aritmticos deelevada resolucin sobre la CPU delordenador, y no sobre la del autmata el cuales menos especializado para este tipo declculos, etc.

Figura 3.- Ventana de columna Destrozadora.

Con el uso del la arquitectura integrada y de laplataforma de drivers de comunicaciones deWonderware logramos la adquisicin de datos entre elPAC y la computadorea donde reside el HMI.

Figura 4. Esquema de flujo de datos con

DASABCIP 3.0.

Capitulo 4: Instrumentacion y PID.

Tenemos una gran cantidad de lazos PID, en loscuales vamos a manejar seales de Presin,Temperatura, Nivel y Flujo, en este captulo se

describe de forma detallada conceptos bsicos decontrol automtico para luego enfocarnos en el bloque

de control PIDE (PID ENHANCED) que es el bloque

para control PID del PAC y que es programado yconfigurado por medio del software RSLogix 5000,definiendo sus caractersticas, funcionalidades, modosde operatividad, ecuaciones, algoritmos adems sedetalla los parmetros establecidos para cada uno delos lazos de control del proceso.

Figura 5.- Bloque de control PIDE

Sintonizacin de los lazos de control: Parasintonizar dichos lazos hacemos uso de lasherramientas que el software de programacin delcontrolador PLC STEP 7 nos brinda, como lo es suparametrizacion en tiempo real que nos permiteobservar la variable de proceso como se comporta conrespecto a su SET POINT, permitiendo adems variar

los parmetros Kp (Constante proporcional), Ti(tiempo de accin integral) y Td (tiempo de accinderivativa), con lo que podemos reducir de manerams optima el error de estado estable.

Cuando empezamos a monitorear los parmetrosdel PID podemos incrementar poco a poco con elmtodo de prueba y error los parmetros del PID,primero la contante proporcional (KP) la accinproporcional permite intervenir en la velocidad derespuesta del proceso. Cuanto ms elevada sea laganancia, ms se acelerar la respuesta y msdisminuir el error esttico (en proporcional puro),

pero tambin ms disminuir la estabilidad. Esnecesario encontrar un equilibrio entre velocidad yestabilidad.

La accin integral (TI) permite anular el erroresttico (desviacin entre la medida y la consigna).Cuanto ms elevada sea la accin integral (Tipequeo), ms se acelerar la respuesta, pero tambinms disminuir la estabilidad. Asimismo, es necesarioencontrar un equilibrio entre velocidad y estabilidad.

La accin derivada (Td) es anticipadora. De hecho,ella aade un trmino que tiene en cuenta la velocidadde variacin de la desviacin, lo que permite


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anticiparse acelerando la respuesta del proceso cuando

aumenta la desviacin y frenando cuando disminuye ladesviacin. Cuanta ms alta sea la accin derivada (Tdgrande), ms se acelerar la respuesta. En esemomento tambin es necesario encontrar un equilibrioentre velocidad y estabilidad.

Un control Optimo va de la mano de la calidad y elperformance de los equipos usados para la medicin,es por esto que toda la instrumentacion instalada en elproceso es del fabricante Endress+Hauser, ydetallamos los principios de funcionamiento de cadainstrumento.

Figura 6.- Medidor de Flujo Msico PromassF.

3. Conclusiones y Recomendaciones.Luego de concluido la implantacin de nuestro

proyecto para la automatizacin del proceso dedestilacin de alcohol, la empresa cuenta con unsistema de control mucho ms eficiente y ordenado,que hace uso de las mejores prcticas de diseo,programacin de herramientas de software einstalacin y afinacin de los diferentes instrumentosde medicin y control.

Se concluye:Gracias a la sistema de visualizacin del proceso

desarrollado con el software InTouch 10.0, eloperador tiene una poderosa herramienta para elmonitoreo del todo el proceso desde el ingreso de vinohasta el almacenamiento de alcohol etilico, con lacapacidad de visualizar todos los parmetros y sealesen tiempo real, adems puede interactuar con elproceso si en algn momento se presentan condicionesno normales del mismo, reduciendo de esta forma lasparadas no programadas y aumentando la eficiencia

del proceso.

Se garantiza la adquisicin de datos en todo

momento del proceso, ya que tenemos una red decomunicacin fiable, determinista y robusta y velozcomo lo es ControlNet, adems de que se laimplemento esta red en redundancia.

La redundancia en control proporciona la seguridadde que se tiene gobierno sobre el proceso en todoinstante, gracias a esta ventaja que ofrece los PACsControlLogix 5561, por otra parte estos controladorespor ser de gama alta se pueden fcilmente integrar conotras familias y/o fabricantes, todo esto combinadocon su velocidad de procesamiento y caractersticamultitasking ofrece un mejor desempeo en laejecucin su programacin.

Con el montaje e implementacin de la los mdulosFlexLogix y la instrumentacin instalada en la plantase tiene una proteccin contra explosiones basado enel criterio de prevencin, ya que estos equipos sonintrnsecamente seguros.

La utilizacin de instrumentos de ltima tecnologanos asegura una correcta y fiable lectura de lasvariables del proceso (temperatura, nivel, etc.) que enconjunto con el procesamiento de estas seales y laaccin tomada por el PAC se garantiza la calidad delproducto.

Se recomienda:

Se recomienda dar mantenimiento y calibracin alos instrumentos instalados y que intervienen en elproceso de dilucin de cervezas.

Se deber acoplar este proyecto a un sistemaautomtico de reporteria mediante un enlace con basede datos, con el fin de poder obtener reportes tantodigitales como fsicos de los parmetros deproduccin del proceso.

Se recomienda realizar mantenimiento peridicode 1 ao al sistema de supervisorio del cuarto decontroles Intouch V 10.0 de Wonderware Invensys,depurando sus archivos temporales ya que esto evitaraque las PC que sirven como clientes del servidor sehagan ms lentas y su disco duro reduzca su capacidadde almacenamiento.

Se recomienda la integracin de herramientas dereporteria, basado en bases de datos industriales quepermitan explotar y modelar los datos estadsticos dela forma en que el negocio lo demande.

Se recomienda la creacin de un centro deadministracin y gestin unificado de todos losprocesos/sub-procesos, de forma que se puedanestablecer mtricas ms realidad asociadas a mejorarla productividad de la planta.


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4. Referencias

[1]PIEDRAHITA MORENO RAMN, Ingeniera dela Automatizacin Industrial, Ra-Ma,2004

[2]

WONDERWARE, InTouch HMI AdvanceAplication, Invensys Systems, 2003

[3]WONDERWARE, InTouch HMI SuplementaryComponets Guide, Invensys Systems, 2007

[4]

WONDERWARE, ABCIP DAServer UsersGuide, Invensys Systems, 2005.

[5]ROCKWELL AUTOMATION, ControlLogixRedundancy System,http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/1756-td001_-en-e.pdf, 2006

[6]

ROCKWELL AUTOMATION, ArquitecturaIntegrada diseo y seleccin,http://literature.rockwellautomation.com/i

dc/groups/literature/documents/rn/1756-rn668_-en-e.pdf, 2007

[7]CARLOS BORDONS ALBA, Automatizacin deProcesos Industriales, Springer-Verlag, 2004

[8]

ROCKWELL AUTOMATION, Gua de SeleccinControlLogix,http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sg/1756-sg001-en-p.pdf, 2009

[9]

ENDRESS+HAUSER, Technical Information,http://www.us.endress.com/eh/productDBs/homeDBs/showroom/us/en/home.nfs/contentview/

-------------------------------------------------------Ing.. Alberto Manzur H.

Director del ProyectoEnero 6 del 2011.

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