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M. en C. ARMANDO MORALES SANCHEZ
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Ing. RICARDO HURTADO RANGEL
MMÉÉXXIICCOO,, DD..FF..,, NNOOVVIIEEMMBBRREE ddee 22001111
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL DEBERA(N) DESARROLLAR C. LUIS ALFONSO CASTRO CASTILLO
"MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES"
MODERNIZAR EL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES DEL INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO, PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD, LA
SEGURIDAD Y LA COMUNICACIÓN EN RED HACIA LAS OTRAS PLANTAS PILOTO, CUMPLIENDO CON LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN REQUERIDAS.
•:. INTRODUCCiÓN. •:. PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN. •:. CARACTERíSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES. •:. SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO. •:. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL. .:. COSTO-BENEFICIO. •:. RESULTADOS. •:. CONCLUSIONES. •:. BIBLIOGRAFÍA.
MÉXICO D. F., A 28 DE JUNIO DE 2012.
ASESORES
)J~' ING. RICARDO HURTADO RANGEL
II
Este trabajo de tesis se realizó en las instalaciones del
Instituto Mexicano del Petróleo, bajo la dirección del M.
en C. Armando Morales Sánchez y el Ing. Ricardo
Hurtado Rangel.
III
AGRADECIMIENTOS
A mi Madre Marisol Castillo Atondo, por ser la amiga y compañera que me ha
ayudado a crecer, y darme la fuerza y voluntad necesarias para alcanzar este gran
sueño, gracias por estar siempre conmigo en los momentos buenos y sobre todo
en los malos, en aquellas ocasiones que me derrumbe y me volviste a levantar,
aunque estuvimos lejos siempre estuviste tan cerca. Gracias por todos los
momentos de felicidad que me hiciste sentir, a pesar de la distancia siempre
estuviste al pendiente, y toda aquella confianza que pusiste en mi, creo que se ve
reflejada en un logro el cual no es solo mío sino de los dos, porque cada vez que
quería echar marcha a tras, tú eras esa personita amada en la que pensaba y me
alentaba de nuevo para seguir en el camino. Gracias por la paciencia que siempre
me has tenido, pero sobre todo gracias por ser como eres, esa persona fuerte,
recta y sobre todo responsable, la que nunca le importaron los miles de sacrificios
que había que hacer para que su hijo pudiera estudiar, la que a pesar de tantos
problemas siempre se los callo y solo dijo “todo está bien, tu échale ganas”.
Gracias Mama por darme todo lo que soy como persona, mis valores, mis
principios, mi perseverancia y mi empeño, y todo ello con una gran dosis de amor
y sin pedir nunca nada a cambio. Te amo MAMA.
A mi padre Ildelfonso Castro Castro con el mayor cariño, respeto y admiración por
el esfuerzo realizado para mi educación. Siempre me apoyaste cuando te
necesite, yo se que tuvimos nuestras diferencias, pero a pesar de ello, nunca
dejaste de preocuparte por mí, y por que todo se hiciera de la manera correcta.
Eres una persona muy especial, te quiero mucho.
A mis tíos Fredy Castro y Linda Gutiérrez, por abrirme las puertas de su hogar y
ayudarme a buscar un lugar agradable para vivir, por todos los momentos felices
que pase a su lado, por su apoyo incondicional y por todas esa buenas atenciones
que siempre que estuvieron cerca tuvieron asía mi. Los quiero mucho
A mi gran amigo Emmanuel Albino Tafolla Padilla, con mucho cariño y respeto,
fuiste una persona muy importante en este logro, juntos vivimos experiencias muy
buenas, así como también ratos muy desagradables, pero gracias a todo esto
formamos una grandiosa amistad.
Gracias por todo…. LUIS ALFONSO CASTRO CASTILLO
IV
AGRADECIMIENTOS INSTITUCIONALES
Al Instituto Politécnico Nacional por haber sido mí casa durante toda mi carrera y haberme permitido alcanzar este peldaño en la escalera de mi vida y desarrollo profesional. A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por haberme abierto las puertas de la educación y por darme las bases y conocimientos para mi desarrollo profesional. Al Instituto Mexicano del Petróleo por la oportunidad y las facilidades que me brindo al permitirme realizar este proyecto en sus instalaciones. Quiero expresar mi más sincero e infinito agradecimiento a los Profesores de la ESIME por su comprensión, respeto y trabajo que me guiaron en el camino del saber. Quiero agradecer sinceramente a mis tutores de Tesis, M. en C. Armando Morales Sánchez y al Ing. Ricardo Hurtado Rangel, por su esfuerzo y dedicación. Sus conocimientos, sus orientaciones, su manera de trabajar, su persistencia, su paciencia y su motivación han sido fundamentales para la formación de este trabajo.
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES V
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
CAPITULO 1
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
Pág.
1.1 Hidroprocesamiento del petróleo 2
1.2 Hidrotratamieno del petróleo 4
1.3 Especificación de contenido de azufre en gasolinas y diesel. 5
1.4 Ubicación de las plantas hidrodesulfuradoras en el esquema actual del
sistema nacional de refinación.
6
1.4.1 Destilación atmosférica 7
1.4.2 Destilación al vacio 10
1.4.3 Tipos de cargas a las plantas hidrodesulfuradoras 11
1.4.4 Condiciones de operación típicas de plantas industriales
de hidrodesulfuración.
12
CAPITULO 2
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE
HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
2.1 Características generales 15
2.2 Diagrama de tuberías e instrumentación (DTI). 18
2.3 Sumario de entradas y salidas 20
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VI
CAPITULO 3
SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO
3.1 Descripción funcional del controlador hibrido 26
3.2 Características de hardware del controlador 27
3.2.1 Bastidor del controlador HC900 28
3.2.2 Fuente de alimentación eléctrica 30
3.2.3 Módulo del controlador 31
3.2.4 Módulos entrada/salida (E/S) 32
3.2.5 Computadora personal 33
3.3 Comunicaciones 33
3.3.1 Dispositivos del módem RS-232 33
3.3.2 Puertos serie (RS232 y RS485) 34
3.3.3 Dispositivos Ethernet/consideraciones 34
3.4 Funciones de control 35
3.5 Alarmas/eventos 35
CAPITULO 4
IMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE CONTROL
4.1 Aplicación del software 36
4.1.1 Instalación del software Hybrid Control Designer 36
4.2 Armado de gabinetes de conexiones 44
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VII
4.3 Alambrado del tablero de control 44
4.4 Comunicación con el controlador hc900 59
4.4.1 Cable nulo 59
4.4.2 Cable Ethernet 63
4.5 Control de la planta piloto de hidrodesulfuracion de residuales 67
4.5.1 Lazo de control de temperatura de residuos 69
4.5.2 Lazo de control de temperatura del reactor 73
4.5.3 Lazo de control de presión del SAPBT FA-03 75
4.5.4 Lazo de control de nivel del SAPAT FA-02 76
4.6 Base de datos para el sistema 80
CAPITULO 5
COSTO - BENEFICIO
5.1 Costos 90
5.2 Beneficios 93
CAPITULO 6
RESULTADOS
6.1 Resultados 94
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES VIII
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. Pág.
3.1 Configuración de un controlador HC900. 27
3.2 Componentes del bastidor del controlador. 29
3.3 Opciones de bastidor. 29
3.4 Fuente de alimentación eléctrica. 30
3.5 Modulo del controlador 31
3.6 Bloques de terminales del módulo de E/S 32
3.7 Comunicación serie con RS232 34
4.1 Pantalla inicial de instalación del HCD 36
4.2 Ventana de acuerdo de licencia HCD 37
4.3 Ventana de información del cliente 38
4.4 Componentes del HC900 a instalar 39
4.5 Ejemplos configuración 40
4.6 Instalación de firmware 41
4.7 Finalización de la instalación del HCD 42
CONCLUSIONES 98
BIBLIOGRAFÍA 100
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES IX
4.8 Actualización 43
4.9 Luces indicadoras, contactor principal y controladores de
bombas
45
4.10 Diagrama de conexión #1 46
4.11 Luces indicadoras y relevadores 47
4.12 Fuentes de alimentación de +- 15vcd y 24vcd 47
4.13 Diagrama de conexión #2 48
4.14 Tarjeta de entradas analógicas #1 49
4.15 Tarjeta de entradas analógicas #2 49
4.16 Diagrama de conexión #3 50
4.17 Diagrama de conexión #4 51
4.18 Diagrama de conexión #5 52
4.19 Contactores 53
4.20 Fusibles 53
4.21 Relevadores de estado solido 53
4.22 Diagrama de conexión #6 54
4.23 TSS #1 55
4.24 TSS #2 55
4.25 Diagrama de conexión #7 56
4.26 Diagrama de conexión #8 57
4.27 Tablero de control 58
4.28 Puertos que contiene el modulo 60
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES X
4.29 C30 Nuevo archivo en HCD 61
4.30 Configuración de puerto 61
4.31 Obtención IP del controlador 62
4.32 Propiedades del puerto network 65
4.33 Ventana de edición del dispositivo 66
4.34 Temperaturas axiales del reactor 67
4.35 Cuadro de configuración de la t. axial superior del reactor 68
4.36 Propiedades de la señal analógica 69
4.37 Lazo de control de t. de carga del reactor 70
4.38 Propiedades del PID 71
4.39 Sintonización de lazo de control 72
4.40 Ventana de configuración de la salida del lazo de t. de carga 73
4.41 Lazo de control de temperatura del reactor 74
4.42 Lazo de control de presión del SAPBT-03 75
4.43 Lazo de control de nivel del SAPAT-02 76
4.44 Impresión reporte previo 77
4.45 Imprimir reporte 78
4.46 Menú y submenú de FBD´s 78
4.47 Descarga al controlador HC900 79
4.48 Se puede observar la ubicación del icono channels así como la
ventana para agregar canales dentro del QUICK BUILDER
81
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XI
4.49 Ventana desplegada por QUICK BUILDER al hacer clic derecho
sobre los iconos ya sea de channels, controllers o points
81
4.50 Asignación del puerto de comunicación que tendrá el canal
creado
82
4.51 Se puede observar la ubicación del icono controllers así como
la ventana para agregar controladores dentro del QUICK
BUILDER
83
4.52 Parámetros de los controladores, se puede apreciar el cambio
de desplazamiento
84
4.53 Información proporcionada en la ayuda del programa referente
a la dirección del desplazamiento
84
4.54 Creación de puntos 85
4.55 Características ventana MAIN 86
4.56 Direccionamiento de la variable 87
4.57 Características ventana de CONTROL 88
4.58 Ventana HISTORY 89
6.1 Tendencias de temperatura 94
6.2 Tendencia de nivel 95
6.3 Tendencia de presión 96
ÍNDICE
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XII
ÍNDICE DE TABLAS
Tab. Pág.
1.1 Termodinámica de reacciones involucradas durante la
hidrodesulfuración
2
1.2 Características típicas de los crudos producidos en México
3
1.3 Eespecificaciones de contenido de azufre en gasolinas y diesel
en México, E.U.A. y Europa
6
1.4 Tipos de cargas empleadas en la hidrodesulfuración 11
1.5 Condiciones de operación típicas de plantas industriales de
hidrodesulfuración
12
1.6 Presiones de operación por tipo de carga 13
2.1 Conteo de entradas y salidas 21
2.2 Conteo total de entradas y salidas 25
2.3 Tarjetas de entradas y salidas 25
4.1 Conexiones de cable de módem nulo 59
4.2 Configuración del interruptor dip switch de los puertos series 60
4.3 Configuración cable Ethernet 63
5.1 Costos de tarjetas empleados de la marca Honeywell 90
5.2 Costos de termopares 92
INTRODUCCIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XIII
INTRODUCCIÓN
El hidrotratamiento es un proceso fundamental de la refinación del petróleo desde
el punto de vista técnico, económico y ambiental.
Dado la exigencia de que todos los productos obtenidos del petróleo deben
contener menor cantidad de contaminantes altamente tóxicos como el azufre,
aromáticos y metales pesados, es en este proceso donde se eliminan varios de
ellos [2, 3, 5]. De estos contaminantes, el azufre es el que más problemas
presenta ya que al estar presente en las corrientes de alimentación a procesos
como el de reformación, su catalizador, provoca corrosión a los equipos de la
planta, facilita la formación de gomas en la gasolina reformada obtenida de este
proceso y es causante de la emisión de contaminantes (compuestos SOx) a la
atmósfera durante la combustión de, por ejemplo, gasolina y diesel.
El hidrotratamiento de petróleo consiste en hacer reaccionar una muestra o
fracción de petróleo (desde nafta ligera hasta residuo de vacio) con hidrógeno en
presencia de un catalizador de óxido metálico a condiciones severas de presión y
temperatura, con el fin de remover azufre ( ) y crackear compuestos de alto
peso molecular así como hidrogenar compuestos insaturados para reducir el
contenido de aromáticos y olefinas.
El Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) es el centro de investigación de México
dedicado al estudio en el área petrolera, cuenta con un Laboratorio de Plantas
Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, la cual da hidrotratamiento a los
diferentes crudos derivados del petróleo. Esta planta cuenta con un control
automático, el cual no ha sido del todo satisfactorio para lo que fue implementado,
y debido a esto, se requiere una modernización y por lo tanto se propone en el
presente trabajo la implementación de un sistema de control hibrido en la Planta
piloto de hidrodesintegración de residuales, con lo que se tendrá una planta
INTRODUCCIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XIV
automatizada que cumpla con los estándares de seguridad y calidad necesarios,
además de facilitar el buen funcionamiento de la misma.
Este proyecto se desarrolla para ofrecer una solución en la automatización de la
Planta Piloto de Desintegración de Residuales y cubre la especificación,
implementación y pruebas de un sistema de control híbrido con una interfaz.
OBJETIVO GENERAL
Modernizar el sistema de control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de
Residuales del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), para mejorar la confiabilidad,
la seguridad y la comunicación en red hacia las otras plantas piloto, cumpliendo
con las condiciones de operación requeridas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Desarrollar la documentación de ingeniería básica para la instrumentación y
control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales.
• Instalar y alambrar el tablero de control y de la instrumentación de campo.
• Implementar el sistema de control distribuido.
• Efectuar la prueba de funcionalidad de cada uno de los elementos que
conforman el sistema de automatización a las condiciones de operación de
la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales.
INTRODUCCIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XV
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el Laboratorio de Plantas Piloto del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), se
realizan pruebas de hidrotratamiento de crudos, estas pruebas hasta el momento
funcionan en forma automática con un sistema de control que presenta problemas
de baja velocidad de respuesta, bloqueos, configuración no flexible con software
no amigable, sin comunicación a los otros sistemas de control y sin
almacenamiento automático de datos.
Por lo anterior, se hace necesario conectar y configurar un sistema de control
automático moderno con tecnología de punta que supla todas las carencias
mencionadas.
JUSTIFICACIÓN
La Planta Piloto de Hidrodesintegración del Laboratorio de Plantas Piloto del
Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) requiere un sistema de control que maneje
señales tanto analógicas como digitales y que su comunicación sea por protocolo
Modbus, esto con la finalidad de facilitar el sistema de control y adquisición de
datos, es por ello que en este proyecto se requiere instalar un controlador híbrido
para cubrir con las especificaciones anteriores.
Este proyecto de modernización de un sistema de control se lleva a cabo en una
Planta Piloto de Hidrodesintegración del Laboratorio de Plantas Piloto; capaz de
optimizar el proceso y cumplir con los estándares de seguridad para el personal y
los equipos, así como la estabilidad en las variables de proceso y protección al
medio ambiente.
INTRODUCCIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES XVI
El proyecto es de vital importancia al considerar los costos altos de los
hidrocarburos y las condiciones críticas de operación de los procesos de
hidrodesintegración. Por otra parte, este proyecto se enmarca dentro del área del
control automático y la instrumentación, lo que me motiva a desarrollar una
aplicación afín a mi carrera, “Ingeniería en Control y Automatización”, para el
desarrollo de mis conocimientos y habilidades.
APORTACIONES AL TRABAJO
Proponer una solución para la automatización de la Planta Piloto de
Hidrodesintegración de Residuales.
Diseñar y armar un tablero de control para la Planta Piloto de
Hidrodesintegración de Residuales.
Realizar los diagramas de conexiones correspondientes para relevadores y
tarjetas de I/O.
Documentar la automatización de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de
Residuales.
Sistema de control automático para la Planta Piloto de Hidrodesintegración
de Residuales.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 1
CAPITULO 1: PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
Objetivo del capítulo:
En este capítulo se da a conocer lo que es el proceso de hidrodesulfuración, cual
es su función y ubicación en el sistema de refinación nacional, los cortes de la
destilación primaria que alimentan a las unidades de hidrodesulfuración en una
refinería, las condiciones de operación a nivel industrial, las especificaciones
actuales y futuras en México y el mundo de contenido de azufre en la gasolina y el
diesel.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 2
1.1. Hidroprocesamiento del petróleo
El hidroprocesamiento de petróleo está conformado por dos tipos de procesos: el
de hidrotratamiento (HDT) y el hidrocraqueo (o hidrodescomposición, HYD). El
hidrotratamiento consiste principalmente de la hidrodesulfuración (HDS),
hidrodesintegración (HDN) e hidrogenación, principalmente hidrodesaromatización
(HDA), de fracciones de hidrocarburos; en esencia no se cambia la distribución del
tamaño molecular. El proceso de hidrocraqueo cambia la distribución del tamaño
molecular al hacer más pequeño el tamaño de las moléculas de los hidrocarburos
debido a que todas las reacciones presentes en los procesos de
hidroprocesamiento son exotérmicas (se genera calor), tabla 1.1, el control de la
temperatura en el reactor, en especial en el lecho catalítico, es muy importante
durante la operación.
Tabla 1.1.- Termodinámica de reacciones involucradas durante la hidrodesulfuración *
COMPUESTO REACCIÓN ∆H
Metano tiol -19
Dimetil sulfuro -32
Tiofano -27
Tiofeno -62
Dibenzotiofeno -11
* Calculadas por McKinley y Vrinat
Las propiedades típicas del petróleo crudo mexicano se presentan en la tabla 1.2.
Generalmente el petróleo crudo está compuesto de mezclas de varios compuestos
orgánicos, y los principales componentes son hidrocarburos. También están
presentes grandes cantidades de heteroátomos, cuya concentración cambia
dependiendo del origen del petróleo.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 3
El azufre es el heteroátomo más abundante y está presente con una mayor
concentración en el crudo tipo maya, el cual representa el 43 % de las reservas
totales probadas del país [4]. Los compuestos con esos heteroátomos están
distribuidos sobre todo el rango de ebullición. Por ejemplo, la concentración de
azufre en los destilados intermedios del petróleo aumenta en el orden de
querosina, gasóleo, residuo atmosférico. En las fracciones ligeras, el azufre está
presente en la forma de tioles, sulfuros, disulfuros y tiofenos mientras que varios
alquilbenzotiofenos y alquildibenzotiofenos están presentes en la fracción de
gasóleo pesado. Los componentes contenidos en los residuos atmosféricos y de
vacío, los cuales no solo tienen grandes cantidades de azufre y nitrógeno sino
también de níquel y vanadio, aún no han sido bien caracterizados.
Tabla 1.2.- Características típicas de los crudos producidos en México
TIPO DE CRUDO
CARACTERISTICAS
Gravedad API % peso Azufre Factor “k” UOP
OLMECA (Crudo Superligero) 38 0.98 12.0
ISTMO (Crudo Ligero) 33 1.43 11.89
MAYA (Crudo Pesado) 22 3.6 11.7
Bajo la metodología de la empresa UOP (Universal Oil products) se clasifican a los
crudos como Parafinicos a los que tienen una “k” de 12.5 a 12.9, Intermedios los
de 11.5 a 12.1 y Naftenicos o Asfalticos los de 10.5 a 11.45.
El alto porcentaje de azufre en el crudo Maya lo hace candidato al proceso de
HDS. El modelo dinámico desarrollado en este trabajo es solamente para el
proceso de HDS que se lleva a cabo en la plantas de hidrotratamiento de
hidrocarburos.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 4
1.2. Hidrotratamieno del petróleo
El hidrotratamiento de petróleo consiste en hacer reaccionar una muestra o
fracción de petróleo (desde nafta ligera hasta residuo de vacio) con hidrogeno, en
presencia de un catalizador de oxido metálico a condiciones severas de presión
(200 Kg/cm2) y temperatura (500 °C), con el fin de remover azufre (formando ),
nitrógeno y trazas de metales pesados como Níquel y Vanadio (Ni y Va),
desintegrar compuestos de alto peso molecular e hidrogenar (saturar) compuestos
insaturados (compuestos con enlaces dobles) para reducir el contenido de
aromáticos y olefinas (compuestos altamente volátiles, tóxicos y reactivos para la
formación de ozono en la atmosfera).
El gas resultante del proceso de hidrodesintegración es enviado a una planta
recuperadora de azufre, en la cual se realiza la eliminación del . Esta
eliminación consiste primeramente en separar el del gas mediante un
proceso de endulzamiento, basado en la absorción en soluciones acuosas de
aminas.
Debido a que se asigna como objetivo principal del hidrotratamiento la
desulfuración de fracciones de petróleo, se le da en general a las plantas que
realizan esta función el nombre de hidrodesulfuradoras (HDS) o plantas de
proceso de hidrodesulfuración.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 5
Los principales objetivos de las plantas HDS, son:
Que los combustibles cumplan con las especificaciones automotrices y de
aviación,
Que los combustibles cumplan con los reglamentos de emisiones al
ambiente.
Las principales razones para retirar azufre de las fracciones del petróleo, son [5,8]:
Para reducir o eliminar la corrosión durante las operaciones de refinación,
manejo o almacenamiento de las fracciones que se obtengan,
Para evitar el envenenamiento del catalizador de proceso subsecuentes,
Para producir fracciones de petróleo que tengan un olor aceptable;
Para incrementar el desempeño (octanaje), resistencia a la formación de
gomas y la estabilidad de color de las gasolinas,
Para mejorar las características de combustión y cumplir con las
regulaciones ambientales.
1.3. Especificación de contenido de azufre en gasolinas y diesel.
La reglamentación para la especificación de contenido de azufre tanto en la
gasolina como en el diesel, tiene como principal mejorar y controlar la calidad del
aire.
La especificación en el contenido de azufre en los combustibles automotrices es
uno de los más observados y estrictos en el ámbito mundial, motivo por el cual se
requiere de una actualización e investigación permanente en los procesos HDS
con el fin de cubrir con los requerimientos normativos futuros, tabla 1.3. Por
ejemplo, en Europa, en 1995, el máximo contenido de azufre en diesel era de 0.2-
0.3 % peso, dependiendo del país, pero a partir de la especificación impuesta por
la unión Europea a partir del primero de octubre de 1996, se fijó un máximo de
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 6
contenido de azufre en diesel para autobuses de transporte público de 0.001 %
peso [2].
Tabla 1.3.- Especificaciones de contenido de azufre en gasolinas y diesel en México, E.U.A. y
Europa
MEXICO (PEMEX)
Año Azufre, % peso Max.
MAGNA SIN PREMIUN DIESEL
2003
2005
2008
2010
2015
0.10 0.05 0.05
0.03
0.005
0.0015
0.0010
ESTADOS UNIDOS DE AMERICA – E.P.A
Año 2000 GASOLINA DIESEL
Azufre, % peso máx. 0.03 0.05
UNION EUROPEA
Año 1996-2002 GASOLINA DIESEL
Azufre, % peso máx. 0.05 0.001-0.02
1.4. Ubicación de las plantas hidrodesulfuradoras en el esquema actual del
sistema nacional de refinación.
La mezcla del petróleo y gas natural que se extrae de los yacimientos petrolíferos
pasa por una batería de separación donde a través de etapas de expansión y
comprensión se separan gas y líquido para su posterior procesamiento en
instalaciones donde el gas se trata para eliminar los compuestos ácidos
( ) y recuperar los licuables en procesos criogénicos para la producción
de gas licuado de petróleo, gasolina natural y gas combustible, y que a través de
gasoductos se transporta a diversas instalaciones industriales y plantas
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 7
termoeléctricas. El líquido, el cual corresponde al petróleo crudo, se envía por
oleoductos a las refinerías, donde se lleva a cabo su separación en fracciones y
en grupos de hidrocarburos para posteriormente producir, mediante sus mezclas,
diversos combustibles automotrices e industriales, parafinas (ceras), solventes y
asfaltos.
El esquema de refinación que se pretende actualmente tener en las refinerías del
país es el de alta complejidad tipo fondo del barril, debido a la necesidad de
procesar cada vez mayores proporciones de crudo tipo Maya [4].
1.4.1. Destilación atmosférica.
Este es el primer proceso con el que se inicia en una refinería por lo cual también
se le conoce como planta primaria. Como ya se ha mencionado el petróleo es una
mezcla de hidrocarburos, y para poderlos separar se emplean varios métodos,
siendo el primero de ellos la destilación fraccionada que se podrá definir como la
separación de una mezcla liquida en varios productos de corto intervalo de
ebullición.
En este proceso el petróleo se recibe por ductos desde las instalaciones de
producción y se almacena en tanques cilíndricos de donde se bombea para su
alimentación a los equipos de proceso.
El petróleo se calienta en un tren de intercambiadores de calor y entra a la sección
de desalado, donde se separa la porción de agua salada asociada con el crudo.
La eliminación del agua salada es con el fin de evitar incrustaciones en los
equipos de proceso y se lleva a cabo en depósitos horizontales que trabajan a la
temperatura y presión suficientes para evitar la evaporación, aplicándosele un
campo eléctrico de elevado potencial del orden de los 16000 volts, para provocar
una rápida coalescencia de las gotas de agua y lograr su separación del crudo.
A la salida de las desaladoras, la corriente de crudo continúa su camino ganando
calor con las corrientes de gasóleo de vacío y algunos de los reflujos a la torre
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 8
hasta llegar a la torre de despunte. Esta torre consta generalmente de 6 platos
donde las fracciones más ligeras de gas y gasolinas se separan del crudo por
“vaporización instantánea” debido al cambio brusco de presión que de 11.8 bar
baja a aproximadamente 1.72 bar. El crudo de la torre de despunte entra a un
horno de fuego directo para suministrarle el complemento de calor necesario para
poder efectuar la destilación. En estos equipos el crudo se calienta de 235 °C a
375 °C y en esta condición pasa a la sección de destilación. La sección de
destilación consta de una torre fraccionadora que opera a presión atmosférica en
la que, aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se efectúa la
separación de los diferentes productos (fracciones) del crudo.
Los productos que se obtienen de la destilación atmosférica del aceite crudo son [1,
3, 6, 7, 8]:
Gases volátiles ligeros.- Es la fracción más ligera que trae el crudo constituido
principalmente por metano, etano y acido sulfhídrico. Este gas se represiona y se
envía para su posterior tratamiento a alguna de las unidades que cuenten con los
tratamientos de endulzamiento con dietanol amina, DEA, con el objeto de eliminar
el ácido sulfhídrico que se enviara a la planta de azufre para recuperar este
producto. El gas seco ya tratado se envía ya sea a la sección de recuperación de
vapores, a las plantas catalíticas o como gas combustible, dependiendo de su
composición.
Gas licuado.- Este gas está compuesto principalmente de propano y butano y se
obtiene del proceso de estabilización (destilación a presión superior a la
atmosférica) de la gasolina ligera proveniente de la torre de despunte la cual se
encuentra antes de la torre atmosférica, para poder darles la especificación de
presión de vapor Reíd de o.66 bar (9.5 psi). Este gas se envía a las plantas
recuperadoras de vapores para su endulzamiento (tratamiento con DEA para
eliminar el ) y fraccionamiento.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 9
Gasolina (Ligera).- Esta importante muestra se obtiene por el domo de la torre de
despunte, y se envía a la planta estabilizadora para obtener el gas licuado y
gasolina estabilizadora (desbutanizada).
Nafta (Gasolina primaria).- Esta muestra ligera se obtiene del domo de la torre
atmosférica. De acuerdo a los balances de materiales de cada refinería y de las
plantas HDS con que se cuente. Las gasolinas pueden enviarse a los siguientes
destinos:
1. A una planta fraccionadora de naftas, en donde se pueden obtener dos o
tres corrientes dependiendo de las necesidades de cada lugar. El corte mas
importante es aquel que se envía como carga a las plantas HDS, las cuales
a su vez alimentaran a las plantas reformadoras de naftas, en las cuales la
gasolina sufre transformaciones muy importantes que incrementan su valor
al subir el índice de octano o producir algunas materias petroquímicas como
el benceno, tolueno y silenos.
2. A tratamientos cáusticos con sosa de las naftas no hidrotratadas para
eliminarles al máximo los compuestos de azufre y posteriormente enviarse
a los tanques de almacenamiento para la preparación de mezclas de
gasolinas.
3. Como diluentes a las plantas de asfalto o combustóleos.
Turbosina.- Este valioso corte se envía a los tanques de almacenamiento
intermedios para su posterior tratamiento en las plantas HDS de destilados
intermedios, en donde se llevan a cabo las reacciones para eliminar los
compuestos de azufre y nitrógeno.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 10
Querosina.- Esta muestra se envía a los tanques de almacenamiento intermedios
para su posterior tratamiento en las plantas HDS de destilados intermedios para
eliminar los compuestos de azufre y nitrógeno presentes.
Diesel.- Esta muestra al igual que el anterior se manda a tanques de
almacenamiento intermedios para su posterior tratamiento en las unidades HDS
de destilados intermedios donde se les eliminan los compuestos de azufre,
nitrógeno y se efectúan otras reacciones como las de saturación de olefinas.
Gasóleo ligero primario de vacio.- Esta muestra se envía a los tanques de
almacenamiento de carga a las plantas HDS de gasóleos para eliminar los
compuestos de azufre y después ser enviado a las plantas de desintegración
catalítica de lecho fluidizado (FCC).
Residuo atmosférico.- Esta corriente contiene todavía una importante cantidad de
hidrocarburos más pesados de los que se pueden obtener por destilación
atmosférica, por lo que se envía a las plantas de destilados al vacio, las cuales
pueden ser de dos tipos:
A. Plantas preparadoras de carga, que como su nombre lo indica se prepara lo
que se va a enviar a las plantas de desintegración catalíticas, en donde se
obtienen productos muy valiosos, como gasolina de alto octano, propano,
butano y gas seco.
B. Plantas para la obtención de base para aceites lubricantes, entre las que se
pueden citar: aceites para transformadores, tecnol, aceite neutro ligero,
neutro corte 3 y un residuo que se envía a plantas desasfaltadoras donde
por extracción se obtienen aceites base para aceites lubricantes.
1.4.2. Destilación al vacio.
El objetivo de esta planta es recuperar fracciones de gasóleo del residuo
atmosférico mediante la reducción de sus temperaturas de ebullición al operar la
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 11
torre fraccionadora de vacio 0.013 bar (10 mmHg). Existen dos tipos de torres
fraccionadoras de destilación al vacio, las que producen aceites básicos para la
formulación de aceites ya las que producen gasóleos de vacio (ligero y pesado),
los cuales pasan previamente a las plantas HDS de gasóleo antes de entrar como
carga a las plantas de desintegración catalítica.
1.4.3. Tipos de cargas a las plantas hidrodesulfuradoras.
Las plantas hidrodesulfuradoras que operan actualmente en la industria de
refinación nacional, tratan con las siguientes cargas:
Nafta (incluye a las naftas ligeras y las gasolinas provenientes de las
plantas de Hidrodesulfuracion de Destilados Intermedios).
Destilados intermedios del petróleo (como son la turbosina, querosina y
diesel).
Destilados de alto punto de ebullición (como son el gasóleo atmosférico o
primario y el gasóleo de vacío, ligero y pesado).
Residuos (Residuo de vacío y mezcla de gasóleos y aceites lubricantes).
En la tabla 1.4 se indica el propósito de hidrodesulfurar cada una de las cargas
mencionadas.
Tabla 1.4.- Tipos de cargas empleadas en la hidrodesulfuracion
TIPO DE CARGA PROPOSITO
Nafta Eliminación de azufre para utilizarla como carga a reformación catalítica.
Querosinas y diesel Bajos niveles de azufre para disminuir la contaminación ambiental.
Destilados de vacio Reducción del azufre para preparar cargas a desintegrado catalítico
(FCC) y reducir las emisiones de dióxido de azufre.
Residuos Reducción de azufre en combustibles.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 12
1.4.4. Condiciones de operación típicas de plantas industriales de
hidrodesulfuración.
Los intervalos de condiciones de operación típicas de plantas industriales de
hidrodesulfuración son muy amplios y se reportan en la tabla 1.5.
Tabla 1.5.- Condiciones de operación típicas de plantas industriales de hidrodesulfuración
CONDICIONES DE OPERACIÓN INTERVALO
Presión total del reactor, bar 14.8 – 172.4
Temperatura de reacción, °C 280 - 420
Espacio velocidad, Vol./Vol./h 0.1 - 12
Hidrogeno fresco, *
* Estándar de hidrogeno por estándar de hidrocarburos.
El grado de desulfuración de cualquier tipo de carga es función directa de los
siguientes parámetros básicos:
1) Presión parcial de hidrógeno
La elección de la presión de operación depende principalmente del tipo de
carga y de la pureza de la corriente de hidrogeno, En términos generales,
conforme el rango de ebullición de la carga se incrementa los compuestos de
azufre se tornan más complejos y se requiere de presiones más altas para
hacerlas reaccionar y para prevenir la desactivación del catalizador por
deposito de carbón.
La elección de la presión de operación depende principalmente del tipo de
carga y de la pureza de la corriente de hidrogeno. Como muestra la tabla 2.6,
la presión puede variar desde u valor de 14.7 – 24.5 bar cuando desulfura una
nafta, hasta 172 bar cuando se desulfura una nafta, hasta 172 bar cuando se
desulfura un residuo de vacío. Debido a que la presión parcial de hidrogeno es
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 13
el factor decisivo y no la presión total del reactor, la pureza del hidrogeno es
determinante sobre la presión final elegida.
Tabla 1.6.- Presiones de operación por tipo de carga
CARGA PRESION TOTAL
(bar)
PRESION PARCIAL DE
(bar)
NAFTA 12 – 25 6 – 9
DIESEL 34 – 69 25 – 44
RESIDUO DE VACIO 118 – 172 98 – 147
En términos generales, la presión parcial de hidrogeno es función de la presión
total del reactor, el flujo de circulación de hidrogeno y la pureza del mismo, y
afecta directamente las velocidades de desulfuración, desnitrogenación,
saturación de olefinas y desoxigenación, manteniendo el resto de las condiciones
constantes.
2) Temperatura.
El efecto de un incremento de la temperatura de reacción aumenta la velocidad de
reacción y por tanto, el nivel de desulfuración. A temperaturas inferiores a 280°C
las velocidades de reacción tienden a disminuir y arriba de 410°C ocurren
reacciones indeseables generando de ligeros a excesivo depósito de carbón sobre
el catalizador [8]. Como resultado obvio, las cargas ligeras son fácilmente
desulfuradas a baja temperatura de operación, la cual se incrementa en función
directa con el rango de ebullición de la carga a tratar.
PROCESO DE HIDRODESULFURACIÓN
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 14
3) Espacio velocidad.
El espacio velocidad controla el tiempo de residencia de los reactivos en el lecho
catalítico; cuando se manejan fracciones ligeras se tienen tiempos de residencia
menores, comparados con los necesarios para fracciones pesadas. Manteniendo
el resto de las condiciones constantes, el incremento del espacio velocidad
provoca una disminución en el grado de desulfuración del proceso. Este efecto
negativo, puede contrarrestarse, aumentando la temperatura del reactor y/o la
presión parcial del hidrógeno.
Puesto que es un proceso desconocido, se necesita profundizar en información
sobre el mismo, con la cual se entienda el porqué, para que y el cómo se pueda
realizar para obtener lo deseado. Por lo tanto esta información será muy útil para
implementar el sistema de control automático.
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 15
CAPITULO 2: CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE
HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
2.1. Características generales
El área de plantas piloto cuenta con una unidad piloto para la hidrodesintegración
de residuales a alta presión, cuyas características generales se describen a
continuación [20]:
Sección de alimentación:
Alimentación de gas:
La alimentación de gas hidrogeno a la planta se realiza por medio de un
medidor de flujo másico.
Rango de operación de 0- 5 lspm (litro estándar por minuto)
Presión de operación: hasta 200 kg/cm2.
Alimentación de hidrocarburo
La alimentación de hidrocarburo se realiza por medio de una bomba de
engranes.
Rango de operación: 40 a 300 ml/h.
Control de velocidad: variable
Presión de operación: 200 kg/cm2
Medición del flujo: balanza (por peso).
Sección de reacción:
Precalentamiento de carga:
Precalentador de carga con resistencia eléctrica.
Rango de operación: hasta 300 ºC.
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 16
Reactor:
Tipo de reactor: CSTR
Modo de operación: isotérmico
Calentamiento: horno con resistencias eléctricas
Capacidad del reactor: 1.8 litros
Capacidad de la canastilla: 200 ml
Temperatura de operación: 380 – 450ºc
Presión de operación: 200 kg/cm2.
Velocidad de agitación: hasta 1500 rpm (control de velocidad variable).
Control de temperatura: 3 termopares internos ubicados en la zona inferior,
media y superior del lecho catalítico.
Sección de separación:
Separador de alta presión, alta temperatura (sapat)
Presión de operación: 200 kg/cm2
Temperatura de operación: hasta 300 ºC
Control de nivel: válvula neumática
Separador de alta presión baja temperatura (sapbt)
Presión de operación: 200 kg/cm2
Temperatura de operación: hasta 120 ºC
Control de nivel: válvula neumática
Separador de baja presión (sbp)
Presión de operación: 10 kg/cm2
Temperatura de operación: hasta 120 ºC
Control de nivel: válvula neumática
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 17
Sección de recuperación de productos:
Producto liquido:
El producto liquido es recuperado en un recipiente hermético, con
capacidad de 2250 ml., acondicionado con un sistema de calentamiento
hasta 120 ºC, y habilitado con una válvula de aguja para el dren del
producto..
Producto gaseoso:
Los gases efluentes del sistema son analizados en línea por un
cromatografo.
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 18
2.2.- Diagrama de tuberías e instrumentación (DTI).
Los DTI´s son diagramas que contienen básicamente los equipos de proceso, las
tuberías, los instrumentos y las estrategias de control del proceso, Un DTI es el
elemento único mas importante en el dibujo para:
Definir y organizar un proyecto.
Entender como es controlada la planta después de finalizar el proyecto.
Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para
la construcción.
Registrar lo que fue construido en la forma como se diseño con los DTI´s.
La mayoría de las firmas utilizan las normas ISA como una base para luego añadir
sus propias modificaciones de acuerdo a sus necesidades.
No existe “norma” DTI o acuerdo en la información que debe ser incluida e
excluida de tales documentos.
Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guías
generalmente más aceptables para desarrollar simbolismo para instrumentación y
sistemas de control en: las industrias químicas y petroquímicas, generación de
energía, pulpa y papel, refinación, metales, etc. Y pueden ser utilizadas en
procesos continuos, por lotes y discretos.
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 19
DTI (PLANTA PILOTO)
En el DTI #1 (plano), tenemos la instrumentación básica de la planta piloto de
hidrodesintegración de residuales. Y contiene básicamente los equipos de
proceso, los instrumentos y las estrategias de control del proceso. Cabe
mencionar que el DTI está elaborado en base a la norma ISA [10].
En el podemos observar los lazos de control, los indicadores y los transmisores de
temperatura, presión, nivel y flujo.
Los lazos de control de temperatura, afectan en mayor medida al sistema, ya que
estos están presentes en el recipiente de carga, en el reactor, en los recipientes
de almacenamiento, en los separadores y en las tuberías, debido a que es una
planta que maneja residuos y por lo tanto este requiere de un previo calentamiento
para su circulación a través del sistema.
Los lazos de control de nivel, están enfocados directamente a controlar el nivel de
los separadores, y solo en uno de estos separadores se encuentra el lazo de
control de presión, el cual controla la presión de salida, que a su vez es el
producto gaseoso, que es enviado para su análisis a un cromatografo.
El lazo de control de flujo, controla la entrada de hidrogeno al sistema y se hace a
través del sensor de flujo másico.
Las bombas que se encuentran en el sistema sirven para presurizarlo.
Y en base a toda la información que se plantea en el DTI, se puede seleccionar el
sistema de control más viable para la planta.
Debido a que toda la información que nos proporcionan y que se maneja dentro
del Instituto Mexicano del Petróleo es confidencial y de uso exclusivo, se nos es
prohibido sacarla de las instalaciones, por lo tanto la información que se presenta
en el DTI es solo representativa de lo más importante de proceso y de las
variables que se controlan en el.
A continuación se muestra el DTI #1:
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 20
2.3.- Sumario de entradas y salidas (I/O).
La primera tarea en la implementación del controlador híbrido modelo HC900 a la
Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, es el sumario de entradas y
salidas, así que en base al DTI se realizo el conteo de cada una de las entradas
analógicas (AI), entradas digitales (DI), salidas analógicas (AO), salidas digitales
(DO) y salidas digitales a relevador (DO Relay) según sea el caso. El conteo de
entradas y salidas da la pauta para conocer las especificaciones del rack o
bastidor, así como el número de tarjetas de I/O que se van a utilizar. La Tabla 2.1
muestra el sumario de entradas y salidas.
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 21
Tabla 2.1.- Conteo de entradas y salidas
TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O
21TI01 TEMP ENT H2 A DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI11 TEMP REC. CARGA FA-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI12 TEMP CARGA DE GA-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI41 TEMP AXIAL SUP. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI42 TEMP AXIAL MED. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI43 TEMP AXIAL INF. DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI44 TEMP DE DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI45 TEMP CARGA A DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI46 TEMP SALIDA DE DC-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI51 TEMP CARGA A SAPAT FA-02 TERMOPAR TIPO K AI
21TI61 TEMP ENT SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI
21TI62 TEMP SAPAT FA-02 TERMOPAR TIPO K AI
21TI63 TEMP ENT A SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI
21TI71 TEMP FONDOS SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI
21TI72 TEMP ENT A FA-05 TERMOPAR TIPO K AI
21TI73 TEMP DOMO DE SAPBT FA-03 TERMOPAR TIPO K AI
21TI80 TEMP AMBIENTE TERMOPAR TIPO K AI
21TI91 TEMP SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI
21TI92 TEMP LINEA DE COND SBPBT FA-06 TERMOPAR TIPO K AI
21TI101 TEMP LIGEROS EN FQI-01 TERMOPAR TIPO K AI
21TI111 TEMP PRODUCTO EN FA-08 TERMOPAR TIPO K AI
21TI112 TEMP PRODUCTO EN FA-09 TERMOPAR TIPO K AI
21FI01 FLUJO DE H2 4-20 mA. C.D. AI
21LI61 NIVEL EN SAPAT FA-02 4-20 mA. C.D. AI
21LI71 NIVEL EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AI
21LI91 NIVEL EN SBPBT FA-06 4-20 mA. C.D. AI
21PI71 PRESION SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AI
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 22
TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O
FS-35E 24 VCD DI
FS-35F 24 VCD DI
C-11FB 24 VCD DI
P-51FB 24 VCD DI
51BFB 24 VCD DI
51CFB 24 VCD DI
51DFB 24 VCD DI
51EFB 24 VCD DI
51FFB 24 VCD DI
PDS-101 24 VCD DI
PDS-11 24 VCD DI
PDS-201 24 VCD DI
PDS-21 24 VCD DI
TSS-101A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-102A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-103A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-104A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-105A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-106A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-107A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-108A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-111A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-151A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-151B INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-201A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-202A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-203A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-204A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-205A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-206A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 23
TSS-207A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-208A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-211A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-251A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-251B INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-255A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-256A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-257A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-258A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-278A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-291A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-303A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
TSS-304A INT. DE SEGURIDAD 24 VCD DI
PSH-C11 24 VCD DI
FQT-81A PULSOS DI
FQT-81B PULSOS DI
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 24
TAG REFERENCIA TIPO DE SEÑAL I/O
21LY61 NIVEL EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AO
21LY71 NIVEL EN SAPAT FA-02 4-20 mA. C.D. AO
21LY91 NIVEL EN SBPBT FA-06 4-20 mA. C.D. AO
21PY71 PRESION EN SAPBT FA-03 4-20 mA. C.D. AO
21SY01 ACTUADOR BOMBA CARGA GA-02 4-20 mA. C.D. AO
21SY02 NIVEL SAP-601 4-20 mA. C.D. AO
21SY03 ACTUADOR REACTOR PARR DC-01 4-20 mA. C.D. AO
21SPF01 SET POINT FLUJO H2 4-20 mA. C.D. AO
21TY01 CALENTAM. H2 A ENTRADA DE DC-01 24 VCD DO
21TY11 CALENTAM.RECIP CARGA FA-01 24 VCD DO
21TY12 CALENTAM.CARGA DE BOMBA GA-01 24 VCD DO
21TY44 CALENTAM. REACTOR DC-01 24 VCD DO
21TY45 CALENTAM. CARGA A DC-01 24 VCD DO
21TY46 CALENTAM. SALIDA DE DC-01 24 VCD DO
21TY51 CALENTAM. CARGA A SAPAT FA-02 24 VCD DO
21TY61 CALENTAM. ENTRADA A SAPBT FA-03 24 VCD DO
21TY62 CALENTAM. SAPAT FA-02 24 VCD DO
21TY63 CALENTAM. SAPBT FA-03 24 VCD DO
21TY71 CALENTAM. FONDOS SAPBT FA-03 24 VCD DO
21TY72 CALENTAM. ENTRADA A FA-05 24 VCD DO
21TY91 CALENTAM. SBPBT FA-06 24 VCD DO
21TY92 CALENTAM. LINEA COND DE SBPBT FA-06 24 VCD DO
21TY111 CALENTAM. PRODUCTO EN FA-08 24 VCD DO
21TY112 CALENTAM. PRODUCTO EN FA-09 24 VCD DO
21AREAC RELEVADOR ARRANQUE REACTOR PARR 24 VCD DO
21ARPAR RELEVADOR SISTEMA DE ARRANQUE PARO 24 VCD DO
21ARGA01 RELEVADOR ARRANQUE BOMBA ZENITH GA-01 24 VCD DO
21KV71 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO
21KV72 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 25
21KV73 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO
21KV91 RELEVADOR VALVULA 24 VCD DO
21ARGA02 RELEVADOR ARRANQUE BOMBA GA-02 24 VCD DO
Tabla 2.2.- Conteo total de entradas y salidas
AI DI AO DO
27 46 8 24
Una vez contabilizadas las señales se determina el número de tarjetas que se
insertaran en el rack del controlador. En la Tabla 2.3 se muestra la capacidad en
número de canales que ofrece cada tipo de tarjeta.
Tabla 2.3.-Tarjetas de entradas y salidas
DISPOSITIVO
TARJETAS
AI DI AO DO
MODELO 900A01-0102 900G02-0102 900B08-0101 900H02-0102
# DE TARJETAS 4 3 1 2
CANALES X TARJETA 8 16 8 16
TOTAL DE CANALES 32 48 8 32
SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 26
CAPITULO 3: SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO
3.1 Descripción funcional del controlador híbrido
El controlador híbrido HC900 de Honeywell es un controlador lógico y de lazo
integrado diseñado específicamente para operaciones con unidades de mediana y
pequeña escala.
Este cuenta con un conjunto de módulos de software y hardware que se pueden
organizar para satisfacer una amplia gama de aplicaciones de control de procesos.
El controlador puede estar formado por un único bastidor, Fig. 3.1.
El diseño del controlador permite organizar un sistema que se adapte a nuestras
necesidades, ya que una de las razones por las que se hizo selección de este
equipo fue debido a que la configuración se puede modificar o ampliar según las
necesidades, de tal forma que durante la configuración inicial y en modificaciones
posteriores el controlador HC900, nos proporcione un equilibrio entre costo y
rendimiento.
La configuración, Fig. 3.1, se puede organizar modularmente, con la opción de que
muchos componentes son propios de la marca original y algunos pertenecen a
otros proveedores, teniendo así un mejor margen de selección de equipo.
El controlador está preparado para establecer comunicaciones mediante Ethernet
con sistemas servidor, como por ejemplo el PlantScape HMI de la misma marca y
otros programas de software HMI compatible con el protocolo Ethernet
Modbus/TCP.
SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 27
Figura 3.1.- Configuración de un controlador HC900
3.2 Características de hardware del controlador
Las características más importantes consideradas para la implementación del
controlador son:
• Estructura modular; los componentes se pueden comprar individualmente,
según las necesidades.
• La CPU permite establecer conectividad serie RS-232 y Ethernet.
• Fácil de armar, modificar y expandir.
• Procesamiento en paralelo: una CPU en cada módulo de E/S realiza el
procesamiento de señales para mantener las velocidades de actualización.
SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO
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3.2.1 Bastidor del controlador HC900
Controlador HC900 ("bastidor local") Fig. 3.2, el bastidor del controlador incluye:
1. Un bastidor, disponible en versiones que tienen entre 4 y 8 ranuras ó 12
ranuras.
2. Una fuente de alimentación eléctrica.
3. Un módulo del controlador.
4. Barras de puesta a tierra (para el cableado de E/S, opcional).
5. Módulos de entrada/salida.
6. Bloques de terminales de E/S.
Las diferentes versiones del bastidor, Fig. 3.3, se pueden observar la imagen del
bastidor de 12 ranuras, el cual fue nuestra selección para el desarrollo del control
de la planta piloto de hidrodesintegración de residuales, esto fue en base a futuras
modificaciones del proceso.
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Figura 3.2.- Componentes del bastidor del controlador.
Figura 3.3.- Opciones de bastidor.
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3.2.2 Fuente de alimentación eléctrica
La fuente de alimentación eléctrica P01, Fig. 3.4, proporciona 5 VC.D. y 24 VC.D.
A los conectores del panel posterior de los bastidores local y remoto. La fuente de
alimentación eléctrica es idéntica para el bastidor del controlador y para los
bastidores de expansión de E/S, para todas las versiones de bastidores (4, 8 y 12
ranuras).
Cada fuente de alimentación eléctrica incluye un fusible interno de 5,0 amperios
que no se puede reemplazar en campo.
Elementos que se muestran con números de clave:
1. Puntos de prueba de tensión (sólo en el modelo P01)
2. Bloque de terminales de entrada de C.A.
3. Etiqueta de cableado
4. Conexión de puesta a tierra (Referencia; la conexión no es parte de la fuente de
alimentación eléctrica, está ubicada en la parte inferior del bastidor.)
Figura 3.4.- Fuente de alimentación eléctrica.
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3.2.3 Módulo del controlador
El módulo del controlador Fig. 3.5, con la puerta protectora con bisagras abierta.
Las características del frente del módulo del controlador incluyen:
1. Una batería de litio (debajo de la tapa), de fácil acceso para el cambio en
campo.
2. Puerto serie RS-232; interfaz con la herramienta de configuración del PC, el
módem externo o el dispositivo Modbus.
3. Interruptor de modo (Cierre de programa, Ejecutar/Programa, Cierre de la
ejecución).
4. Puerto 10BaseT Ethernet; interfaz para controladores de sistemas
interconectados, Interfaz hombre-máquina y otras redes.
5. Indicador de estado para funciones del controlador.
6. Indicadores de estado para funciones de comunicación.
Figura 3.5.- Modulo del controlador.
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3.2.4 Módulos entrada/salida (E/S)
Están disponibles ocho tipos de entrada/salida:
• Entrada analógica:
Modelo C30 - Hasta 96 entradas analógicas; 0,1% precisión de amplitud.
• Salida analógica:
Modelo C30 - Hasta 48 salidas analógicas
Hasta 512 entradas y salidas (192 para el Modelo C30)
• Tipos de módulos analógicos:
Entrada analógica universal - 8 puntos
Salida analógica - 4 puntos
• Tipos de módulos de entrada digital:
120/240 V.C.A. y 24 V.C.C. de entrada - 16 puntos
Entrada de contactos - 16 puntos
• Tipos de módulos de salida digital:
120/240 V.C.A. de salida - 8 puntos
24 V.C.D. de salida - 16 puntos
Salida de relé - 8 puntos
Figura 3.6.- Bloques de terminales del módulo de E/S.
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Cada módulo de E/S incluye un indicador de estado para el módulo. Los módulos
de entradas digitales y de salidas digitales también incluyen un indicador de
estado para cada canal. Los bloques de terminales disponibles incluyen el estilo
Europeo (a la izquierda Fig. 3.6) y el estilo de Barrera (a la derecha Fig. 3.6).
3.2.5 Computadora personal
Para crear la estrategia de adquisición de datos y control se necesita una
computadora de características especiales (capacidad de memoria,
almacenamiento, gráficos, por mencionar las más importantes), en la cual se
pueda utilizar el software de configuración “Hybrid control designer”. El PC
también se puede utilizar para descargar/cargar archivos de configuración
hacia/desde el controlador y se puede usar para descargar actualizaciones de
programas hacia el firmware en los módulos del escáner y/o el módulo del
controlador.
Se puede conectar un PC al controlador a través del puerto serie RS-232 en el
módulo del controlador y también se puede conectar en red al controlador a través
del puerto de red 10BaseT Ethernet de conectividad abierta.
3.3 Comunicaciones
El enlace RS-232 al módem o a la herramienta de configuración del PC es de
hasta 12,7 metros. La conexión Ethernet 10BaseT puede manejar hasta 5
servidores de PC mediante protocolo Modbus/TCP, comunicaciones entre pares
con otros controladores HC900 y con Internet.
3.3.1 Dispositivos del módem RS-232
La herramienta de configuración del PC se conecta desde el conector RS-232 en
la parte superior del módulo del controlador a un puerto serie en el PC.
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Figura 3.7.- Comunicación con RS232
3.3.2 Puertos serie (RS232 Y RS485)
Los puertos se pueden configurar como protocolos ELN, Modbus RTU o Modbus
TCP. El controlador puede actuar como Modbus maestro o esclavo en cualquiera
de los dos puertos. Se puede emplear el software de Hybrid Control Designer de
Honeywell ó algún otro software de Interfaz hombre-máquina (HMI); ambos
puertos de comunicación funcionan hasta una velocidad de 57.600 baudios.
3.3.3. Dispositivos ethernet/consideraciones
Los requisitos de dispositivos Ethernet varían según las aplicaciones. Teniendo en
cuenta el uso para el que están destinados, sin embargo, se pueden clasificar en
dos categorías:
Componentes de la red Ethernet de conectividad abierta, que establece el enlace
entre el controlador híbrido HC900 y los del mismo nivel, a las estaciones de
supervisión de Interfaz hombre-máquina y a otros dispositivos 10 Base-T Ethernet
compatibles con el protocolo TCP/IP.
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3.4 Funciones de control
El controlador cuenta un amplio conjunto de bloques de funciones, que incluye:
• PID
• Modelo C30: hasta 8 lazos
• Programadores de puntos de consigna: hasta 8; Perfiles de puntos de
consigna: grupo de 99, con hasta 50 segmentos/perfiles; Programadores de
puntos de consigna: 1 ó 2; Calendarios de puntos de consigna: hasta 20,
con hasta 50 segmentos/calendario.
• Secuenciadores: hasta 4; Secuencias: hasta 20; Pasos por secuencia:
hasta 64.
• Lógica, lógica rápida
• Contadores/Temporizadores
• Matemática, cálculos
• Selector de señal
• Auxiliares
• Comunicaciones
• Hasta 400 (Modelo C30) bloques configurados por el usuario según la
estrategia de control.
3.5 Alarmas/eventos
• Hasta 240 alarmas (20 grupos de 12)
• Hasta 64 eventos.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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CAPITULO 4: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
4.1.- Aplicación del software
En esta parte de la aplicación del software se realiza las configuración requeridas
para el controlador HC900, esto es instalar el sistema operativo WINDOWS 2000,
QUICK BUILDER para dar de alta las entradas y salidas. HYBRID CONTROL
DESIGNER para la configuración de la estrategia de control a utilizar en la Planta
Piloto de Hidrodesintegración de residuales.
4.1.1.- Instalación del software Hybrid Control Designer
Una de las funciones principales de este software es la configuración y
comunicación del controlador HC900, también se emplea para la estrategia de
control, la cual fue fácil de aplicar ya que se crea a través de bloques.
A continuación se muestra el procedimiento de instalación:
Figura 4.1.- Pantalla inicial de instalación del HCD.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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La primera ventana, Fig. 4.1, que despliega la instalación del HYBRID CONTROL
DESIGNER (HCD), la instalación del software es muy amigable y fácil de instalar
siguiendo las instrucciones.
Figura 4.2.- Ventana de Acuerdo de Licencia HCD.
Posteriormente muestra la ventana de acuerdo de licencia (Fig. 4.2) y enseguida
pide el nombre de usuario así como el nombre de la compañía (Fig. 4.3).
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.3.- Ventana de información del Cliente.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.4.- Componentes del HC900 a instalar.
Listado de componentes que instala el software, Fig. 4.4. Cabe mencionar que la
versión que se instala es la revisión 4.2 y se requiere el 4.3 por lo que se procedió
a instalar la actualización. Este procedimiento se realiza, porque no se cuenta con
la revisión 4.3 directamente.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.5.- Ejemplos configuración.
Posteriormente notifica de la instalación de ejemplos de configuración compatibles
para la aplicación de control (Fig. 4.5).
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.6.- Instalación de Firmware
Despliega una notificación sobre la instalación de Firmware (Fig. 4.6).
Posteriormente a eso, finaliza la instalación, Fig. 4.7.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.7.- Finalización de la instalación del HCD.
Como se menciono se requiere de una actualización así que esta se instala de la
misma manera, revisiones que se instalaran, Fig. 4.8. Finalizando con esto la
instalación del HYBRID CONTROL DESIGNER.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.8.- Actualización.
El mostrar paso a paso la instalación del software mediante imágenes reales
garantiza la correcta instalación futura del mismo, si se llegara a utilizar esta
informacion como un manual de seguimiento.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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4.2.- Armado de gabinetes de conexiones.
Como parte del control de Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales se
requiere de la instalación de un tablero de control, es importante visualizar
imágenes y diagramas de los equipos e instalaciones con la finalidad de identificar
y familiarizarnos fácilmente con todo el proceso, es por ello que se ilustra esta
sesión con imágenes reales y diagramas de conexión.
4.3.- Alambrado del tablero de control
En el tablero de control se encuentran instalados todos los elementos necesarios
para el control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales, como los
son: el controlador, las clemas de conexión, contactores, relevadores y demás, los
cuales serán mencionados durante la descripción del armado. El alambrado del
tablero de control se comenzó a partir del diseño de distribución de cada uno de
los elementos, de tal manera que una vez instalados todos los elementos del
tablero, se comenzó por alambrarlos, basándonos en los diagramas de conexión,
los cuales se irán describiendo. Se inicio con la realización de perforaciones para
introducir el alambrado de la acometida, termopares y demás. Una vez realizadas
las perforaciones se introdujo el cableado y se fijo con ayuda de una brida
colocada en las perforaciones.
Diagrama de conexión #1, en el cual se tiene la conexión del contactor principal, a
través de este, se transmiten las 3 fases de alimentación, además de contar con
un común y una tierra física. A partir de estas líneas se encuentran conectadas las
luces indicadoras de encendido y apagado general, el sistema de control y el
contactor de arranque de las bombas y del agitador del reactor, a toda carga del
sistema se le asigno un fusible como protección.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.9.- Luces indicadoras, contactor principal y controladores de bombas.
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Figura 4.10.- Diagrama de conexión #1.
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Diagrama de conexión #2, Fig. 4.13, en este diagrama se maneja la alimentación
UPS, a la cual se encuentra conectada una parte del sistema de seguridad y
protección de la planta. Estos elementos son: la balanza, el relevador por falla de
computadora, el relevador de alarma, los indicadores (de alarma, de ups, de paro
por emergencia), el sistema de arranque y paro y las fuentes de alimentación
(24vcd y +- 15vcd).
Figura 4.11.- Luces indicadoras y relevadores.
Figura 4.12.- Fuentes de alimentación de +- 15vcd y 24vcd.
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Figura 4.13.- Diagrama de conexión #2.
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Los diagramas de conexión #3 y #4, Figs. 4.16 y 4.17, en estos diagramas se
tienen las tarjetas de entradas analógicas del controlador, en la primera tarjeta se
tienen conectados los transmisores de nivel y de presión, los cuales mandan
señales normalizadas de 4 a 20 mA. En las otras tres tarjetas se tienen
conectados los sensores de temperatura que son termopares tipo “k”.
.
Figura 4.14.- Tarjeta de entradas analógicas #1
Figura 4.15.- Tarjeta de entradas analógicas #2
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Figura 4.16.- Diagrama de conexión #3.
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Figura 4.17.- Diagrama de conexión #4.
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Figura 4.18.- Diagrama de conexión #5.
En el diagrama, fig. 4.18, tenemos dos tipos de tarjetas, una es tarjeta de salidas
analógicas, en la cual están conectados los actuadores de las bombas y las
válvulas de control, y la otra que la tarjeta de salidas digitales en la cual están
conectados todos los relevadores de estado sólido con los cuales se maneja la
potencia del sistema.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Diagrama, fig. 4.22, se puede observar la manera en que quedo conectado el
sistema de potencia, el cual está compuesto por contactores, relevadores de
estado sólido, fusibles de protección y las resistencias eléctricas.
Figura 4.19.- Contactores
Figura 4.20.- Fusibles
Figura 4.21.- Relevadores de estado solido
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Figura 4.22.- Diagrama de conexión #6.
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Los diagramas de conexión #7 y #8, Figs. 4.25 y 4.26, en estos se tienen
conectados los interruptores de seguridad por alta temperatura (TSS).
Figura 4.23.- TSS #1
Figura 4.24.- TSS #2
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Figura 4.25.- Diagrama de conexión #7.
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Figura 4.26.- Diagrama de conexión #8.
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Tablero de control terminado:
Figura 4.27.- Tablero de control
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4.4.- Comunicación con el controlador HC900
El controlador HC900 puede ser conectado a una PC estableciendo la
comunicación atreves de dos posibles medios, ya sea por el cable nulo (RS-232) ó
por un cable Ethernet. A continuación se detallaran ambos casos ya que ambos
son empleados.
4.4.1.- Cable nulo
Como se ha mencionado el controlador HC900 se puede conectar a la PC para lo
cual requiere de un cable de módem nulo, este cable puede ser adquirido ó puede
ser elaborado.
En este caso, se elabora el cable, Tab. 4.1.
Tabla 4.1.- Conexiones de cable de módem nulo.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Una vez terminado el cable de módem nulo se procedió a conectar una de las
partes al controlador HC900 (la de 3 clavijas) y el otro extremo al puerto serie
COM1 de la PC.
Antes de establecer comunicación con el controlador se debe verificar la
configuración de los puertos series del controlador, estos varían según el modelo.
En el caso del modulo C30 este cuenta con dos puertos series S1, S2 y con un
puerto Ethernet (véase la Figura 4.28).
Los puertos series S1 y S2 pueden ser configurados en RS-232 ó RS-485, dicha
configuración es determinada por el dip switch SW1 para el puerto S1 y SW2 para
el puerto S2; configuración, Tab. 4.2.
Tabla 4.2.- Configuración del interruptor dip switch de los puertos series.
Figura 4.28.- Puertos que contiene el modulo C30.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Una vez identificado el puerto serie que se utiliza para el RS-232 se procede a
abrir el software Hybrid Control Designer en el cual se crea un nuevo archivo, Fig.
4.29, donde se escogerá el tipo de controlador, en este caso fue el HC900-C30, de
igual forma se selecciona la revisión del controlador.
Figura 4.29.- Nuevo archivo en HCD.
Figura 4.30.- Configuración de puerto.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Posteriormente para establecer la comunicación con el controlador se selecciona
la pestaña de utilidades, donde en la parte inferior de la ventana se observan los
puertos de comunicación, cabe mencionar que el icono de Network aparece a
pesar de no estar configurado, se debe configurar para establecer comunicación
con RS-232, así que se dirige al COM1 para configurar este puerto, en seguida
aparece la ventana de propiedades del puerto en donde se enciende el puerto y se
le asigna la velocidad de comunicación, la cual puede ser auto-detectada, Fig.
4.30.
Figura 4.31.- Obtención IP del controlador
Una vez configurado el puerto, se cambia el puerto con el que se comunica
(COM1), Fig. 4.31. Se puede comprobar que se está comunicando con el
controlador si se presiona el icono Loop Back, Fig. 4.30.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 63
Realizado este paso se procede hacer clic en el icono modo monitor y después en
Network Port Diagnostics, se observara la dirección IP que tiene el controlador,
Fig. 4.31.
El objetivo de comunicarlo de esta forma con el controlador es primeramente para
verificar el funcionamiento de este ya que de no funcionar se tendría que cambiar.
Por otro lado también para obtener la dirección IP del controlador y de esta forma
comprobar que sea la dirección IP de fabrica 192.168.1.254 de no ser así obtener
la dirección correcta para establecer la conexión por el medio de Ethernet.
4.4.2.- Cable Ethernet
Ya que es una comunicación punto a punto se realizo un cable cruzado y la
configuración, Tab. 4.7.
Tabla 4.3.- Configuración cable Ethernet.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 64
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 65
Ya que se cuenta con la dirección IP del controlador (192.168.1.254), se procede a
configurar este puerto, para ello se selecciona el icono Network, el cual arrojara la
ventana de propiedades, Fig. 4.32, dando la configuración por default.
Figura 4.32.- Propiedades del puerto network
Se selecciona el nombre dando doble clic y aparecerá una ventana en la cual se
puede modificar la dirección IP de ser necesario, el nombre así como el tipo de
modulo con el que cuenta el controlador, Fig. 4.33. Una vez confirmado que el
modulo y la dirección IP del controlador sean los correctos, se puede proceder a
comprobar que exista comunicación por este medio dando clic en el icono de Loop
Back, Fig. 4.32. Con lo que se asegura la comunicación del servidor al control
HC900.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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Figura 4.33.- Ventana de edición del dispositivo
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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4.5.- Control de la planta piloto de hidrodesulfuración de residuales
El control de las variables de cualquier proceso es indispensable, ya que si se
hace un buen manejo de las mismas el proceso operara de manera correcta. El
control se diseño en el software”Hybrid Control Designer”, en el cual a través de
bloques se representan las entradas, salidas, controladores, temporizador, etc. [10].
De tal forma que aquí se ejecutan las acciones para controlar los dispositivos de
automatización como la bobina, las resistencias, etc. Estos bloques se direccionan
hacia una entrada o salida del controlador según fuese el caso, por ejemplo en
caso de ser una entrada de termopar se toman los valores censados y
posteriormente este bloque de entrada se utiliza como indicador para el HMI. En la
Fig. 4.34 se muestra un bloque de entrada para el censado de las tres diferentes
temperaturas axiales del reactor.
Figura 4.34.- Temperaturas axiales del reactor
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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El bloque de una entrada analógica, Fig. 4.34, para un termopar de tipo K, los
bloques de entrada se configuraron conforme a las propiedades del tipo de
dispositivo del que se toma la información, el cuadro de configuración, Fig. 4.35,
muestra las propiedades del bloque de temperatura axial superior.
Figura 4.35.- Cuadro de configuración de la t. axial superior del reactor
Para asignar las propiedades a los bloques de entrada se comienza por designar
el tipo de entrada que va a ser este bloque (Termopar, bloque, etc), en este caso
un termopar de tipo ‘k’, el siguiente campo a llenar fue la dirección de donde se
toma la medición, esto es el numero de rack, modulo y canal, posteriormente se
llenan las opciones como la detección de falla de canal, el valor a usar en caso de
falla, etc.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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En el caso de los bloques de entrada el valor censado se utiliza para indicarlo en
pantalla, se les conecto una señal analógica, a la cual se le designaron
propiedades para poderlas comunicar con el HMI, Fig. 4.36, algunas de las
entradas a utilizar como indicador son las 3 temperaturas axiales del reactor, T.
domo SAPBT FA-03 y T. ambiente.
Figura 4.36.- Propiedades de la señal analógica
4.5.1.- Lazo de control de temperatura de residuos
Otra de las configuraciones realizadas en el “Hybrid Control Designer” fueron los
10 lazos de control de temperatura de residuo. Para que el residuo circule de
manera fluida a través de las tuberías fue necesario implementar lazos de
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 70
control de temperatura para aplicar calor a través de resistencias eléctricas a estos
residuos. Estos lazos se formaron por un bloque de entrada, un bloque PID que
representa el controlador, un bloque switcheo y un bloque de salida proporcional
por tiempo.
El bloque de entrada se configuró, Fig. 4.37, con respecto al bloque del
controlador se proporcionaron un mayor número de propiedades como el algoritmo
de control, dirección, el modo inicial de arranque, tipo de set point, constantes de
sintonización, etc. Fig. 4.38.
Figura 4.37.- Lazo de control de t. de carga del reactor
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 71
Figura 4.38.- Propiedades del PID
La sintonización del lazo de temperatura, se llevo por medio del método de tanteo
véase [9], esto fue modificando el valor de ganancia que es la proporción de la
variación de salida (%) sobre el cambio de las variables medidas (%) que lo causó
y el tiempo de RESET o Tiempo Integral, el cual trabaja ajustando la salida del
controlador de acuerdo con el tamaño de la desviación (SP vs PV) y el tiempo que
dura. Así que la cantidad de medidas correctivas está en función del valor de la
ganancia, ocupando este método de tanteo, primero se tomaron los valores con
los que se encontraba trabajando el antiguo controlador, una vez introducidos
esos valores se realizo una pequeña prueba en la que se observo el
comportamiento del lazo de control, conforme a su respuesta se observo que la
variable de temperatura se encontraba calentando muy rápido, motivo por el cual
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 72
se cambio el valor de la ganancia y del tiempo de reset hasta encontrar los valores
más adecuados. Fig. 4.39.
Figura 4.39.- Sintonización de lazo de control
En este lazo de control se utiliza una salida a relevador por lo que se selecciona
un bloque de salida proporcional por tiempo el cual tiene como función el
proporcionar una cantidad de tiempo de encendido y apagado de una salida digital
a relevador, en un ciclo de tiempo definido por el usuario [10], de tal forma que esta
señal de salida es utilizada para el control del relevador ( tiempo de conmutación),
por lo que cuando la salida este encendida se envía un pulso de corriente hacia la
resistencia que calienta la carga del reactor, conforme se vaya requiriendo el
controlador aumenta la cantidad de pulsos de salida para alcanzar la temperatura
o bien disminuyen conforme se vaya alcanzando el valor de set point.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 73
En el bloque de salida TPO al igual que los demás bloques se le asignan
propiedades como la dirección, el rango de salida, etc.
La ventana de configuración, Fig.4.40, para la salida del lazo de control de la
carga del reactor.
Figura 4.40.- Ventana de configuración de la salida del lazo de t. de carga
4.5.2.- Lazo de control de temperatura del reactor
El control de temperatura se hace por medio de un lazo de control formado
principalmente por la entrada analógica “AI117”, el controlador “PID118” y la salida
“TPO119”, además de unos bloques adicionales que en conjunto realizan un
rampeo, que tiene como función controlar el incremento y decremento de
temperatura en el reactor, con el fin de no dañar el catalizador debido a cambios
bruscos de temperatura,Fig. 4.41. Además este bloque de PID al igual que los
otros lazos de temperatura se calibro por el método de tanteo.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 74
Figura 4.41.- Lazo de control de temperatura del reactor
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 75
4.5.3.- Lazo de control de presión del SAPBT FA-03
El control de presión se hace por medio de un lazo de control formado por la
entrada analógica “AI159”, el controlador “PID160” y la salida “AO210”. La función
de este lazo es mantener la presión de salida del separador de alta presión y baja
temperatura FA-03, Fig. 4.42. Además este bloque de PID al igual que el lazo de
temperatura se calibro por el método de tanteo.
Figura 4.42.- Lazo de control de presión del SAPBT-03
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 76
4.5.4.- Lazo de control de nivel del SAPAT FA-02
El control de nivel se hace por medio de un lazo de control formado por la entrada
analógica “AI166”, el controlador “PID167” y la salida “AO211”. La función de este
lazo es mantener el nivel del separador de alta presión y alta temperatura FA-02,
Fig. 4.43. Además este bloque de PID al igual que el lazo de temperatura se
calibro por el método de tanteo.
Figura 4.43.- Lazo de control de nivel del SAPAT-02
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 77
Una vez que se cuenta con todos los lazos así como las correspondientes
señales, se obtienen e imprimen los listados de las señales, identificaciones (Tag)
y variables, también se puede obtener un reporte detallado de la función de
bloques.
Para ello se dirigirá a FILE-PRINT REPORT PREVIEW, Fig. 4.44
.
Figura 4.44.- Impresión reporte previo
Posteriormente aparece la ventana Imprimir Reporte, en donde se seleccionara
“FBD’s”, Fig. 4.45
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 78
.
Figura 4.45.- Imprimir reporte
Enseguida despliega un menú, se selecciona “Modbus Register Map” desplegando
un submenú, según lo que se desee imprimir será la selección (Fig. 4.46).
Figura 4.46.- Menú y submenú de FBD´s
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 79
Este listado servirá para la creación de la base de datos en el QUICK BUILDER.
Una vez terminado la parte de control en el “HYBRID CONTROL DESIGNER”, se
procede a descargarlo al controlador, Fig. 4.47.
Figura 4.47.- Descarga al controlador HC900
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 80
4.6.- Base de datos para el sistema
Para realizar el control de la Planta Piloto de Hidrodesintegración de Residuales,
se creó una base de datos en el software QUICK BUILDER, en donde se crean los
puntos de entradas y salidas del sistema con las que se van a trabajar, con esto
se relacionan los lazos del sistema HC900, configurados en HYBRID CONTROL
DESIGNER, así como las pantallas realizadas en DISPLAY BUILDER. La creación
de estos puntos es en base al sumario de entradas y salidas que se realizo a partir
del DTI.
Para agregar el canal de comunicación se selecciona el Icono de Channels, Fig.
4.48, esta despliega dos opciones, Fig. 4.49. Una vez seleccionada la opción de
agregar ítem despliega la ventana, Fig. 4.48 en la cual se selecciona el tipo de
canal, para este propósito es el Canal Universal Modbus, y se puede designar el
nombre del canal en este caso se dejo con el default, una vez seleccionado lo
anterior se le da OK.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 81
Figura 4.48.- Ubicación del icono channels así como la ventana para agregar canales dentro
del QUICK BUILDER.
Figura 4.49.- Ventana desplegada por QUICK BUILDER al hacer clic derecho sobre los
iconos ya sea de channels, controllers o points.
Ya que se agrego el canal de comunicación, se asigno el tipo de puerto de
comunicación que tendrá el canal creado, Fig. 4.50. Se selecciona LANVendor y
con este se termina la configuración del canal dentro del QUICK BUILDER.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 82
Figura 4.50.- Asignación del puerto de comunicación que tendrá el canal creado.
Para agregar el controlador se selecciona el Icono de Controllers, Fig. 4.51,
despliega dos opciones, Fig. 4.49. Una vez seleccionada la opción de agregar
ítem despliega la ventana Fig. 4.51 en la cual se selecciona el tipo de controlador,
(Canal Universal Modbus), se puede designar el nombre del canal en este caso se
dejo el default, una vez seleccionado lo anterior se le da OK.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 83
Figura 4.51.- Ubicación del icono controllers así como la ventana para agregar controladores
dentro del QUICK BUILDER.
Una vez creado el controlador se pueden modificar los parámetros tales como:
nombre, descripción, nombre del canal, limite de alarma marginal, limite de alarma
de falla, el tipo de device, la dirección IP, la identificación del device y el
desplazamiento, Fig. 4.52. En este caso se crean dos controladores ya que se
tienen que asignar a los lazos de control, identificaciones (TAG), Variables; cada
uno de ellos es válido solo en una dirección determinada de desplazamiento
determinado, Fig. 4.53.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 84
Figura 4.52.- Parámetros de los controladores, se puede apreciar el cambio de
desplazamiento
Figura 4.53.- Información proporcionada en la ayuda del programa referente a la dirección
del desplazamiento
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 85
Para la creación de puntos se selecciona el Icono de Points, Fig. 4.54, despliega
dos opciones, Fig. 4.49, una vez seleccionada la opción de agregar ítem despliega
la ventana, Fig. 4.54, en esta pantalla se selecciona el tipo de punto y dependerá
del tipo de señal de la entrada. Normalmente la opción a seleccionar es Analog
Point donde se le asigna el nombre del tag.
Figura 4.54.- Creación de puntos
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 86
En la creación de los puntos se tienen ocho ventanas en las cuales se designan
las características de cada punto, estas ventanas son:
• MAIN
• DISPLAY
• ALARMS
• CONTROL
• AUXILARY
• HISTORY
• SCRIPTS
• USER DEFINED
Figura 4.55.- Características ventana MAIN.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 87
En este caso solo se empleara la ventana de MAIN, CONTROL e HISTORY.
En la ventana de MAIN se designan los siguientes campos para todos los puntos:
• POINT ID: es donde se designara el TAG de cada punto.
• DESCRIPTION: Una pequeña descripción que representa el punto creado.
• PV SOURCE ADDRESS: dirección de la variable de donde se va a tomar el
valor.
• PV SCAN PERIOD: periodo de escaneo a la variable de proceso.
• ENGINEERING UNITS: unidades de ingeniería con las que trabaja este
punto.
• 100% RANGE VALUE: Rango que representa el 100%
• 0% RANGE VALUE: Rango que representa el 0%
• DEADBAND (%): valor de banda muerta.
Las características de la ventana de MAIN, Fig. 4.55, como se observa a un lado
de PV SOURCE ADDRESS hay un icono de direccionamiento; se dará clic en este
desplegando una ventana que ayuda a proporcionar la dirección de la variable. En
la Fig. 4.56 se selecciona entre los controladores antes creados, la selección
dependerá si es un lazo, tag o variable en este caso se trata de un lazo de control
por lo que se utilizara CONUNI1 el cual tiene un corrimiento 0, también se
determina la locación, y esta depende del parámetro a seleccionar, en este caso
se trata de un lazo, en seguida va el numero del lazo al que pertenece en el
HIBRID CONTROL DESIGNER y por último el parámetro correspondiente, en este
caso la variable de proceso (PV).
Figura 4.56.- Direccionamiento de la variable
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
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En la ventana de Control Fig. 4.57, se designa el direccionamiento origen y destino
del setpoint (SP), output (OP) y Mode (MD), del mismo modo que se mostró en el
direccionamiento de PV SOURCE ADDRESS, también se asigna el periodo de
escaneo en segundos (5 segundos).
Figura 4.57.- Características ventana de CONTROL.
Otras de las propiedades que se les puede dar al los puntos como en este caso,
es el tener un historial, Fig. 4.58. Se seleccionan los valores a considerar para el
historial que en el caso de los indicadores de alguna variable son la variable de
proceso (PV) y el setpoint (SP).
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 89
Figura 4.58.- Ventana HISTORY.
La creación de los demás puntos de control se realizan en forma similar, la
diferencia radica en la descripción ID y las características que se le asignen a
cada uno.
Al finalizar este capítulo, se obtienen y se configuran todas las estrategias de
control y la comunicación.
COSTO - BENEFICIO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 90
CAPITULO 5: COSTO - BENEFICIO
5.1.- Costos
A continuación se muestra el presupuesto calculado para este proyecto. Cabe
señalar que los precios mostrados a continuación son reales e incluyen iva.
En base al análisis previamente hecho se determinaron algunos materiales
necesarios para el proyecto tales como las tarjetas para el controlador híbrido
HC900 y termopares.
Tabla 5.1.- Costos de tarjetas empleados de la marca HONEYWELL.
CANTIDAD UNIDAD DESCRIPCION COSTO
UNITARIO $ MN
COSTO TOTAL $
MN
TARJETAS
1 pieza
Tarjeta de control lógico y de lazo avanzado, conectividad a ethernet abierta, control PID
superior, funciones de bloques configurables 5000, punto de ajuste programable, marca Honeywell,
modelo 900C72-0144-00
27,516.00 27,516.00
2 pieza
Tarjeta de 8 canales de entrada analógicas, tipo de entrada: termopar, RTD, voltaje (-500 a 500 mV.
C.D. máximo, -10 a 10 V.D.C. máximo) y corriente (4-20 mA.C.D.), impedancia de ntrada: 10
megaohms, aislamiento de entrada: 400 V.C.D. punto a punto, reflexión del ruido: modo serie
mayor a 60 dB y en modo comun mayor 130 dB, entrada de voltaje: configurable, límite de
sobrerango: +/- 10% para rangos lineales y +/-1% para no lineales, detección de termopar abierto,
precisión: +/- 0.1% del rango, efectos de temperatura en la precisión: +/-0.01% de la escala
total por oC máximo, convertidor A/D de 15 bits, led de indicación de tres estados, datos de
configuración de canal almacenados en memoria no volátil, suministro eléctrico: 5 V.C.D. 40 mA. max
y 24 V.C.D. 25 mA. máximo. Marca: Honeywell modelo: 900A01-0102
8,971.00 17,942.00
2 pieza
Tarjeta de 8 canales de salida analógica de 0 a 21.8 mA. C.D. aisladas, resistencia de carga : 750
ohms, máxima, aislamiento: 500 V.C.D canal a canal, suministro eléctrico: 5 V.C.D. 40 mA máximo
y 24 V.C.D, 200 mA máximo, marca Honeywell, modelo: 900B08-0101.
10,845.00 21,690.00
COSTO - BENEFICIO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 91
2 pieza
Tarjeta de 16 canales de entradas digitales, rango de voltaje de entrada: 80 a 264 V.C.A., voltaje pico:
264 V.C.A., aislamiento: en dos grupos de 8 entradas con 345 V.C.A: máximo, niveles de voltaje: alto en 75 V.C.A., bajo en 20 V.C.A:, impedancia de entrada: 48 kilohms nominal,
corriente de entrada: 1 mA. nominal a 120 V.C.A, 60 Hz., suminsitro eléctrico: 5 V.C.D: 130 mA.
máxima. Marca: Honeywell,modelo: 900G03-0102
3,749.00 7498.00
2 pieza
Tarjeta de 16 canales de salidas digitales, aislamiento: 2 grupos de 8 bits, voltaje de operación: 6.5 a 32 V.C.D., tipo de salida:
interruptor de potencia inteligente IPS, voltaje pico: 34 V.C.D., protección de sobrecarga electrónica de corriente alta y alta temperatura. corriente de carga máxima: 1 A. por punto, carga: resistiva, corriente máxima de fuga: 0.15 mA. a 32 V.C.D. tiempo de
respuesta de conmutación: 6 ms., suministro eléctrico: 5 V.C.D. 340 mA. marca: Honeywell,
modelo: 900H02-0102
4,686.00 9,372.00
1 pieza
Tarjeta de 4 canales de entradas de pulsos, voltaje de entrada: 0 a 24 V.C.D., nivel de voltaje
encendido: 3.0 V.C.D. mínimo, nivel de voltaje apagado: 1.0 V.C.D. máximo, impedancia de
entrada: 25 kilo ohms, frecuencia: 10 Khz máximo, ancho de pulso mínimo: 3 micro segundos,
contador de pulsos: 32 bits. marca: Honeywell, modelo: 900K01-0001
8,971.00 8,971.00
2 pieza
Fuente de alimentación, entrada: 120 VCA, 7A, 60 Hz., voltaje d
esalida 5 VCD y 24 VCD, 60 W, fusible interno, terminales de
alambrado tipo tornillo, marca Honeywell, modelo: 900P01-0001
6,962.00 13,924.00
1 pieza Rack de 12 slots con tarjeta backplane, marca Honeywell,
modelo 900R12-0101 5,971.00 5,971.00
1 pieza Tablilla terminal de bajo nivel, estilo barrera, marca Honeywell,
modelo 900TBK-0001 535.00 535.00
1 pieza Tablilla terminal de alto nivel, estilo barrera, marca Honeywell,
modelo 900TBR-0001 482.00 482.00
1 pieza Tapa ciega para slot disponible, marca Honeywell, modelo
900TNF-0001 241.00 241.00
15 pieza
Tarjeta de controlador de límite para sistema interruptor de
temperatura UDC1000, señal de entrada: T/C, RTD, mV, mA.
Rango programable, señal de salida SPDT 5 Amp 240 VCA,
indicador dual, protección de carártula IP66, alimentación
eléctrica: 100 a 240 V, 60 Hz, marca: Honeywell, modelo:
DC120L10001000
4,323.00 64,845.00
5 pieza
Tarjeta principal de controlador universal minidin para sistema
de temperatura marca: Honeywell, modelo No. DC2500-CE-
0B00-200-00000-00, señal de entrada: T/C, RTD, mA, mV, V.,
señal de salida: 4 a 20 mA.C.D., modos de control: PID, salida
de contacto SPST para alarma, indicación: digital, programador
de punto de ajuste, alimentacion eléctrica: 120 V.C.A.
8,819.00 44,095.00
COSTO - BENEFICIO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 92
1 pieza
Tarjeta multiplexora Hub de 8 entradas de RS-232, DB9, una
salida a USB 2.0, velocidad: 50 bps, a 921.6 Kbps, marca:
Moxa, modelo 1610-8
8,580.00 8,580.00
2 pieza
hub de red industrial ethernet 10/100TX, 8 puertos RJ45, plug
and play, leds indicadores de estado y comunicación por puerto,
detección de red automática (auto-link) incluye fuente de
suministro de alimentación 120 VCA.
1,750.00 3,500.00
2 pieza
Rectificador de voltaje para Unidad Local LPU del sistema
Micromax, marca:Condor,modelo GPC80, con platina de
montaje, interruptores y conectores para substituciòn directa.
8,000.00 16,000.00
2 pieza Rectificador de voltaje con salida de 24 VCD a 3.6 Amp., 1,787.00 3,574.00
TOTAL 254,736.00
A continuación se mostrará el costo de los termopares así como del cable utilizado
para su conexión.
Tabla 5.2.- Costos de termopares.
CANTIDAD UNIDAD DESCRIPCION
COSTO
UNITARIO $
MN
COSTO
TOTAL
$ MN
44 pieza Termopar tipo K 780.00 34,320.00
20 metro Cable de extensión para termopar tipo K 80.00 1,600.00
TOTAL 35,920.00
COSTO - BENEFICIO
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 93
5.2.- Beneficios
Con la modernización de la planta piloto de hidrodesintegración de residuales,
asumiendo una comparación contra el otro sistema de control, obtenemos
beneficios económicos, técnicos y ambientales, entre ellos destacan los
siguientes:
El sistema suministra una adquisición automática de datos. La cual
posibilita la información durante el proceso de Hidrodesulfuración de
Residuales en tiempo real. Así, los registros del proceso pasan a ser
registrados con el mínimo de intervención humana, de forma más rápida,
más precisa y con mayor fiabilidad en los datos. Además la posibilidad de
realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores (a fin de analizar
los posibles errores), gran capacidad de almacenamiento, rápido acceso a
la información y toma de decisión.
Control de variables de acuerdo al proceso.
Resultados en tiempo real, cálculos confiables y base de datos de las
pruebas.
Sistema de ayuda interactivo.
Beneficios Tangibles:
Todos los datos estarán centralizados en una base de datos.
Las mejoras a la programación se realizan en un solo lugar, evitando la
instalación en cada computadora.
Se pueden hacer informes con los datos en tiempo real.
Se evita el gasto innecesario de papel.
RESULTADOS
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 94
CAPITULO 6: RESULTADOS
6.1.- Resultados
Se realizó una prueba, suficiente como para comprobar que los elementos a
controlar dentro del proceso funcionan correctamente, esta primera prueba fue en
modo manual arrojando las tendencias que se muestran en las Figs. 6.1, 6.2 y 6.3.
Estas tendencias son respuestas de las variables censadas por la instrumentación
de campo y son representadas gráficamente.
Figura 6.1.- Tendencias de Temperatura.
RESULTADOS
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 95
Figura 6.2.- Tendencia de Nivel.
RESULTADOS
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 96
Figura 6.3.- Tendencia de Presión.
RESULTADOS
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 97
Las tendencias de temperatura, Fig. 6.1. La línea amarilla (señalizada) representa
la temperatura del reactor, donde la mínima es de 0 °C, y la máxima de 500°C,
como no es conveniente llevar la temperatura al máximo de forma rápida, por
cuestiones de seguridad para el catalizador, la temperatura se va incrementando
de manera escalada, los escalones de incremento fueron de 20°C. Y así hasta
llegar a los 60°C. Donde se iba a mantener constante durante un periodo de
tiempo. Y posteriormente seguiría incrementando. Los incrementos de
temperatura en los escalones dependen de las pruebas que se estén realizando.
Las otras líneas de colores representan las temperaturas de otros componentes,
las cuáles respondieron de la manera deseada durante la prueba.
La tendencia de nivel, Fig. 6.2. La línea verde (única) representa el nivel dentro del
Separador de Alta Presión y Alta Temperatura (SAPAT), se observa como
respondió desde un nivel bajo de 0 %, alcanzo un nivel alto de 65 % y
posteriormente se mantuvo en un nivel del 35 % de la capacidad del Separador.
La tendencia de presión, Fig. 6.3. La línea rosa (única) representa la presión
general del sistema, se puede observar que de un inicio el sistema estaba
presionado a unos 80 Kg/cm2, después de esto la presión cayo a cero, volvió a
incrementar a unos 88 Kg/cm2 y posteriormente se mantuvo en 95 Kg/cm2.
Cabe mencionar que estas pruebas fueron realizadas para obtener tendencias
(temperatura, presión y nivel) que fueran útiles para demostrar que los sensores,
transmisores y demás instrumentos de campo estuvieran trabajando de manera
correcta.
CONCLUSIONES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 98
CONCLUSIONES:
El objetivo general de este trabajo fue modernizar el sistema de control de la
planta piloto de hidrodesintegraciòn de residuales, y a partir de ello se
presentan las siguientes conclusiones:
Puesto que el anterior controlador era obsoleto, no contribuía para el correcto
funcionamiento de la Planta Piloto y no se obtenían beneficios, ni buenas
condiciones de operación.
Por lo tanto se hizo la implementación del controlador híbrido HC900 en la Planta
Piloto de Hidrodesintegración de Residuales del IMP, y con ello se encontraron
una serie de puntos que beneficiaron al proceso de Hidrodesintegración de
Residuales, ya que actualmente el proceso se encuentra operando de una forma
segura y bajo las condiciones de operación.
Dentro del desarrollo de este proyecto se elaboró la documentación de ingeniería
básica para la instrumentación, como lo fue el DTI en el cual se representa de
forma grafica la secuencia de equipos, las tuberías y los accesorios que
conforman el proceso de Hidrodesintegración de Residuales, además de contar
con los diagramas eléctricos los cuales sirven de gran apoyo para futuras
modificaciones o bien para consultar en posibles fallas.
Además se logro el armado de un gabinete general de control, donde se colocaron
algunos dispositivos de control, ayudando así a tener un proceso más seguro y
con cierta estética del mismo el tablero.
Anexo a esto el alambrado de la instrumentación de campo, fue realizado de tal
forma que en caso de existir una falla en los transmisores o sensores, sea fácil su
detección y reemplazo, como es desconectar el equipo dañado y conectar el
nuevo.
CONCLUSIONES
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 99
Por otra parte la instalación y configuración del sistema de control logro que se
tuvieran una gran cantidad de beneficios como fue la adquisición de datos en
tiempo real, mejorando el control del proceso, la creación de una base de datos y
el tener un historial, el cual nos puede servir para conocer el comportamiento del
proceso y mejorar la toma de decisiones, además de que con la información
recabada es más fácil el desarrollo de reportes, también se logro tener una mayor
seguridad con la instalación del controlador y una mayor flexibilidad para
modificaciones futuras. Con modificaciones futuras nos referimos a posibles
extensiones o crecimientos dentro de la planta, esto involucra tener más
dispositivos de control, sensores, trasmisores, entre otros. Y la flexibilidad la
representa este nuevo sistema de control que nos permite adicionar todos estos
puntos nuevos en un transcurso considerablemente rápido, a diferencia del otro
sistema de control con el cual podíamos tardar hasta semanas en realizar estas
modificaciones. Pero el detalle más importante es que al realizarse estas
modificaciones en la mayoría de los casos no funcionaban y como consecuencia
implicaban periodos más largos de arranque o respuesta ante estas situaciones.
BIBLIOGRAFÌA
MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA PILOTO DE HIDRODESINTEGRACIÓN DE RESIDUALES 100
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