Control de prada/ControldeProcesos15.pdf · Control e Instrumentación de procesos químicos, Ollero,…

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  • Control de Procesos

    Prof. Cesar de Prada Dpto. de Ingeniera de Sistemas y

    Automtica ISA-UVA

    Sede Megelina EII prada@autom.uva.es

  • Control de Procesos

    Informacin general Orientacin y objetivos Programa Actividades Laboratorio Metodologa Calificacin

  • Informacin general

    PAGINA WEB: www.isa.cie.uva.es/~prada

    Caracter: Optativa, 6 crditos (21 h teora, 7 h. aula, 30h. laboratorio) Curso: 4, 2 cuatrimestre codigo 42401

    Horario teora: Segundo cuatrimestre: Miercoles de 16 a 18h Sede Mergelina, ISA

    Horario Prcticas:

    Segundo cuatrimestre: Jueves de 16 a 18h, Sede Mergelina, Laboratorio del Dpto. de Ingeniera de Sistemas y Automtica

    Profesor:

    Cesar de Prada Moraga Catedrtico de Ingeniera de Sistemas y Automtica (ISA), Sede Mergelina, EII prada@autom.uva.es http://www.isa.cie.uva.es/~prada/

    Prerrequisitos: Conocimientos de Fundamentos de Automtica y Modelado

    mailto:prada@autom.uva.eshttp://www.isa.cie.uva.es/~prada/

  • Objetivos Esta asignatura Proporciona conocimientos y metodologa para abordar el

    diseo de los sistemas de control y su aplicacin a escala industrial

    Introduce al alumno en los sistemas de control avanzado multivariable y en la obtencin prctica de modelos de proceso para su uso en los mismos.

    Proporciona una experiencia prctica de la instrumentacin,

    herramientas y sistemas necesarios en automatizacin de sistemas de proceso.

  • Tareas de un Ingeniero

    LC

    LT

    FT FC

    Vapor

    PT PC

    LT LC

    DFC FT

    Alimentacin F

    V

    B

    R

    TT

    TC

    TT

    TC

    Refrigerante

    FC

    FT

    LC

    LT

    FT FC

    Vapor

    PT PC

    LT LC

    DFC FT

    Alimentacin F

    V

    B

    R

    TT

    TC

    TT

    TC

    Refrigerante

    FC

    FT

    Diseo

    Operacin Control automtico Calcular y construir un proceso de acuerdo a unas especificaciones

    Saber como hacerle funcionar de forma eficiente

    Hacer que funcione automticamente de la forma deseada

  • Control de procesos

  • Operacin manual de un proceso

    Observar Comparar Decidir Actuar

  • Operacin manual de un proceso

    Termmetro Caldera

    Observar Comparar Decidir Actuar

  • Operacin de un proceso

    Proceso

    Medir Actuar

    Respuesta dinmica

    Operacin manual o en lazo abierto

    Cambios Respuestas Comparar Decidir

  • Operacin automtica

    Proceso Medir Actuar

    Cambios Respuestas

    Regulador

    Valores Deseados

    Operacin automtica en lazo cerrado

    Sustituye al operador humano

    Realimentacin

  • Operacin Automtica

    LT LC

    Medir Comparar Decidir Actuar

  • Operacin automtica

    Caldera

    Observar Comparar Decidir Actuar

    TT TC

  • Componentes

    Proceso

    Variables a controlar

    Regulador

    Valores Deseados

    Actuador

    Transmisor

    Valores medidos

    Variables para actuar

    Revisaremos los distintos elementos del conjunto en lazo cerrado

  • Intercambiador de calor

  • Interpretar y disear sistemas de control

  • Control e Instrumentacin

    LC

    LT

    FC

    PT PC

    FC

    F

    V

    R

    TT

    TC

    TT

    TC

    FC

    FT

    El control del proceso se lleva a cabo desde salas de control usando sistemas de control distribuido. La asignatura cubre tambin algunos elementos de tecnologa de control

  • Diversidad de Sistemas de Control

    SP 45 PV 45.5

    4-20 mA del transmisor 4-20 mA al actuador

    Reguladores industriales de lazo (Exact, Sipart, .)

    D/A

    A/D

    Microprocesador

    D/A, A/D

    4-20 mA a los transmisores 4-20 mA a los actuadores

    Control mediante PC (Regula,..)

  • Diversidad de Sistemas Autmatas Programables (PLC) Secuencias y funciones lgicas (S7, Allan Bradley,)

    SP 45 PV 45.5

    Sistemas SCADA Supervision, Control And Data Adquisition (Fix, InTouch, PI, )

    Seales de contactos y analgicas

  • Diversidad de Sistemas

    CONSOLAS de OPERACION - CONTROL

    AVANZADO - DMCs

    - SISTEMAS DE INFORMACION

    PROCESO

    ARMARIOS DE CONTROL: CONTROLADORES de PROCESO + TARJETAS DE E/S ANALOGICAS Y DE CONTACTOS

    LCN (RED LOCAL DE CONTROL)

    Sistemas de Control Distribuido: (TDC-3000, Delta-V, PCS7,..)

    SALAS DE

    CONTROL

    IMPRESORAS de ALARMAS

  • Diversidad de Sistemas

    LABORATORIO PRODUCTOS CRUDOS ENERGIAS BALANCES

    CONSOLAS de OPERACION - CONTROL

    AVANZADO - DMCs

    - SISTEMAS DE INFORMACION

    PROCESO

    ARMARIOS DE CONTROL

    CONEXION REMOTA

    ETHERNET

    (RED GESTION DE LA PRODUCCION)

    LCN (RED LOCAL DE CONTROL)

    - CENTRAL - CENTROS REMOTOS

    OFICINAS

    Sistemas de Control de Planta

    SALAS DE

    CONTROL

    MANTENIMIENTO ALMACEN

    SEGURIDAD

    USUARIOS

    IMPRESORAS de ALARMAS

  • Funciones de los sistemas de control

    SP 45 PV 45.5

    SP 45 PV 45.5

    Monitorizacin:

    Grficos, Esquemticos, Histricos, sealizacin de alarmas,...

    Supervisin: Monitorizacin, gestin de alarmas, cambio de consignas o secuencias, sintona, ...

  • Funciones de los sistemas de control

    D/A, A/D

    SP 45 PV 45.5

    Control Digital Directo DDC

    Control del proceso: se recibe informacin, se calcula la seal de control y se enva al proceso

  • Economic optimization

    Advanced control MPC

    PID control / DCS

    Field Instrumentation

    Process

    La operacin y el control de una factora de proceso estn organizados en una serie de capas que interactuan entre si y proporcionan distintas funcionalidades

    Pirmide de control

  • Pirmide de control

    Reactor FT

    FT

    FC

    FC

    TT AT

    MPC

    SP Temp SP Conc.

    Refrigerante

    Producto

    u1 u2

    Reactantes

    Optimizacin econmica

  • Jerarqua de control

    nivel 0Instrumentacin

    de Campo

    Nivel 1Control Convencional

    PID, DCS

    Nivel 2Control Avanzado

    Nivel 3Optimizaci n

    Interes econ mico

    Para implementar la funcionalidad de un nivel, los inferiores deben funcionar correctamente

    En particular, cualquier optimizacin econmica control avanzado requiere un buen funcionamiento de la capa de control

  • Programa

    Introduccin Instrumentacin Controladores

    Diseo de sistemas de control Identificacin de Sistemas estructuras de control

    Control avanzado Control Predictivo Supervisin, estimacin

  • PSE Process Systems Engineering

    La asignatura se inserta dentro del campo denominado PSE (Ingeniera de Sistemas de Proceso)

    Process Systems Engineering (PSE) trata del desarrollo de mtodos y herramentas basadas en ordenador para realizar un tratamiento integrado de todos los aspectos de modelado, simulacin, diseo, operacin control y gestin de las industrias de proceso.

    Es una rea multidisciplinar, donde colaboran desde la ingeniera qumica, electrica, control, etc. a las matemticas aplicadas, las ciencias bsicas (qumica, fsica, biologa,..) y en particular la informtica.

  • Metodologa de Sistemas

    Analizar la realidad Formular los problemas en trminos

    matemticos Resolver los problemas con

    losconocimientos tericos y las herramientas de clculo

    Interpretar las soluciones en trminos fsicos

    Aplicar las soluciones

  • Bibliografa Control e Instrumentacin de procesos qumicos, Ollero, Fdez.-Camacho, Edt. Sintesis, 1997 Process Dynamics, Modeling and Control, B.A. Ogunnaike, W.H. Ray, Oxford Univ. Press, 1994 Principles and practice of Automatic process control ,Smith,Corripio, Edt. John Wiley, 2006 Identification of multivariable industrial processes, Zhu Y., Backx, T., Springer Verlag 1993 Model Predictive Control, E.F. Camacho y C. Bordons, Second EditionSpringer-Verlag, Londres,ISBN 1-85233-694-3, 2004 Essentials of process control,W.L. Luyben, M.L. Luyben, Edt. Mc Graw-Hill, 1997 Process modeling, simulation and control for chemical eng., Luyben, Edt. McGraw Hill, 1990 Process Dynamics, Modelling, Analysis and simulation, B. Wayne Bequette, Edt. Prentice Hall, 1998 Automatic Tunning of PID Regulators, Astrom, Hagglund, Edt. ISA, 1995 Tuning of industrial control systems, A. B. Corripio., Edt. ISA, 1990 Manual de instrumentacin y control de Procesos, Edt. Alcin, 1998 Control Avanzado de Procesos, Jos Acedo Sanchez, Edt. Diaz de Santos 2002 The Condensed Handbook of Measurement and Control, N.E. Battikh, Edt. ISA, 2nd Edition, 2003

  • Documentacin

    Toda la documentacin de la asignatura se encuentra en ficheros PowerPoint en:

    www.isa.cie.uva.es/~prada Prcticas prada@autom.uva.es

    http://www.isa.cie.uva.es/~prada

  • Moodle http://campusvirtual.uva.es/

    http://campusvirtual.uva.es/

  • Estructura docente Clases tericas Aprender practicando Clases Laboratorio

    Conocer herramientas y sistemas Practicar con: Procesos reales, Sistemas de control,

    Instrumentacin, Software, Tcnicas y herramientas bsicas de modelado, anlisis y diseo, procesos simulados

    Seminario Empleo de un Simulador de sala de control Problemas y ejercicios Visitas, Conferencias

    Realizacin de 4 proyectos prcticos Concurso GT Ingeniera de Control CEA, ISA

  • Laboratorio

    Objetivo: ilustrar la teora y permitir al alumno aplicarla utilizando herramientas y sistemas reales. Aprender a utilizar herramientas y sistemas Simulacin Plantas de laboratorio con instrumentacin y equipos de control industriales

    Guiones /documentacin 4 Miniproyectos: combinan desarrollos en simulacin y realizaciones en plantas de laboratorio

    1. Instrumentacin y sistemas de control 2. Identificacin de procesos 3. Estructuras de control 4. Control predictivo

  • Trabajos Prcticos

    P1 Instrumentacin y sistemas de control de procesos. Entrega 12/03 a las 14.00h P2 Identificacin de sistemas. Entrega 9/04 a las 14.00h P3 Diseo de estructuras de control. Entrega 30/04 a las 14.00h P4 Diseo e implementacin de un sistema de control predictivo. Entrega 28/05 a las 14.00h Entregas 1 por grupo en Moddle. Notificacin de grupos de alumnos al delegado (12 de Febrero) Presentacin oral y seminario tras las entregas

  • Visitas a Industrias

    Factora de ACOR en Olmedo (Valladolid) El Abril de 2014, salas de control y sistemas de instrumentacin Refinera de Petronor, en Muskiz (Vizcaya) proceso y sistemas de control incluyendo control avanzado Abril 2014 (inscripcin hasta el 3 de Abril) en cooperacin con la seccin de estudiantes de la ISA

  • Conferencias

    en cooperacin con la seccin de estudiantes de la ISA Abril de 2014 "Control Predictivo Multivariable" Mikel Sola, Petronor, Abril de 2014

  • Simulador de sala de control de procesos

    Por grupos se harn practicas en un simulador de sala de control de procesos para entrenamiento de personal

    Fbricas azucareras Desarrollado en el

    CTA por ISA

  • Calificacin Se valorar: Proyectos prcticos (40%) Seminarios (10%) Examen final (50%) Para quienes saquen al menos un 4 en

    el examen Revista EuroXchange / Premio ISA estudiantes Los alumnos pueden publicar sus trabajos de prcticas o en el

    simulador en la Revista EuroXchange de la Federacin Europea de estudiantes de ISA. Las trabajos aceptados para publicacin tendrn especial consideracin cara a su valoracin en la calificacin

    http://www.aanet.ru/isa/students/ex.shtml

  • Calificacin

    Fechas de examen: 3 Junio 2015 16.00h / 9 Julio 2014, 9.00h Se realizar un examen con dos partes: una de problemas y otra de teora y cuestiones. Duracin prevista: 3 h. de problemas y 1.h de teora Valoracin: 60 % de la nota para problemas y el 40 % para la teora. Nota mnima para aprobar la asignatura: 4 El alumno puede encontrar problemas de exmenes tpicos en la pagina web .

  • Tutorias

    Despacho en el Dpto.de Ingeniera de Sistemas y Automtica. Planta baja, ala derecha de la Sede Mergelina

    Correo electronico: prada@autom.uva.es

    mailto:prada@autom.uva.es

  • Proyectos Fin de carrera

    Hay proyectos o trabajos de investigacin disponibles para quienes quieran realizarlos en ISA

    Temas en http://www.isa.cie.uva.es/~prada/ Participacin en proyectos de investigacin del

    departamento: Petronor, CERN, HYCON2, MORE, EA, CTA etc. sobre temas de optimizacin, modelado y simulacion, control avanzado, gestin de redes, con participacin industrial

    Proyectos con plantas piloto en el laboratorio Informtica Industrial Prcticas en empresas

    http://www.isa.cie.uva.es/~prada/

    Control de ProcesosControl de ProcesosInformacin generalObjetivosTareas de un IngenieroControl de procesosOperacin manual de un procesoOperacin manual de un procesoOperacin de un proceso Nmero de diapositiva 10Operacin AutomticaOperacin automticaComponentes Intercambiador de calorInterpretar y disear sistemas de controlControl e InstrumentacinDiversidad de Sistemas de ControlDiversidad de SistemasDiversidad de SistemasDiversidad de SistemasFunciones de los sistemas de controlFunciones de los sistemas de controlPirmide de controlPirmide de controlNmero de diapositiva 25ProgramaPSE Process Systems EngineeringMetodologa de SistemasBibliografaDocumentacinMoodleEstructura docenteLaboratorioTrabajos PrcticosVisitas a IndustriasConferenciasSimulador de sala de control de procesosCalificacinCalificacinTutoriasNmero de diapositiva 41

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