P1_Presion

UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL

PLANTA DE PRESION Y FLUJO DE AIRE

RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA Versin 1.2

Revisado y corregido Mg. Juan Fernando Florez m.

LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS

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PRACTICA 1- RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA DE PRESIN

2 LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERIA EN AUTOMATICA INDUSTRIAL

CONTENIDO

1. INTRODUCCION 3

2. OBJETIVOS 4

3. PREREQUISITOS 4

4. MATERIAL NECESARIO 4

5. FUNDAMENTACION TEORICA 5

Descripcin de la planta de presin y flujo de aire y su instrumentacin 5

6. PROCEDIMIENTO 9

6.1 Reconocimiento de elementos en Planta y en Panel de Control 9

6.2 Identificacin y descripcin de los elementos del panel de planta 9

6.3 Parmetros de los transmisores de la planta de presin 14

6.4 Recordando el estndar de etiquetado ISA S5.1 e ISA S5.3 14

6.5 Asignacin de etiquetas con ISA S5.1 16

6.6 Lectura de un diagrama de flujo de proceso (PFD) 16

6.7 Lectura y diseo de un diagrama P&ID 18

6.8 Ingeniera conceptual de la planta de presin y flujo de aire 20

6.9 Planos tcnicos de la ingeniera bsica y detallada 20

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1. INTRODUCCION

La planta de presin y flujo de aire (PRESION) es un sistema compuesto por un compresor, un circuito de

alimentacin de aire a presin, filtros, reguladores de presin, un circuito neumtico, un transmisor ciego de

presin, indicadores de presin, rotmetros, electrovlvulas, una servo vlvula, un transmisor indicador de

presin, un controlador de presin, un tanque de almacenamiento de aire a presin y muchos otros elementos.

La planta de PRESION est diseada para implementar un proceso de aire a presin sometido a disturbios tanto

en la entrada como en la salida de aire.

El propsito de la planta es poder disear e implementar un control regulatorio de presin. La planta se

encuentra instrumentada bajo dos escenarios: Automatizacin Stand Alone (instrumentos comunicados por

medio de 4 20 ma) o Automatizacin basada en PLC por medio de un PLC micrologix 1500 de Allen Bradley. En

ambos situaciones se dispone de un computador donde se puede realizar el monitoreo y supervisin del

controlador de presin OMRON desde una interface en Labwindows(Escenario Stand Alone) o desde la

plataforma Factory Talk de Rockwell (Escenario PLC).

La automatizacin de la planta presenta funcionalidad doble; por un lado permite la comunicacin directa de los

transmisores y actuadores a un PLC Micrologix 1500 serie C de Allen-Bradley. La comunicacin va Ethernet es

tambin posible, por otro lado permite la interconexin de los instrumentos de transmisin, control y actuacin

por medio de comunicacin de 4 a 20 ma y 0- 10 v respectivamente. La seleccin del escenario se realiza por

medio de una llave selectora.

Esta prctica de reconocimiento de la planta pretende familiarizar a los estudiantes con el funcionamiento de la

planta, los equipos e instrumentos que la componen y los diagramas de flujo de proceso, de tubera e

instrumentacin, de lazo, de mando y de potencia segn estndares de la ISA.

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2. OBJETIVOS

Objetivo general:

Familiarizar al estudiante con los diversos instrumentos y elementos que componen la planta de presin y flujo de aire del Laboratorio de Control de Proceso, al igual, que la documentacin tcnica recomendada por la ISA.

Objetivos especficos:

1. Reconocer la planta de presin y flujo de aire junto con sus diferentes equipos e instrumentos de medicin y control.

2. Conocer y relacionar las conexiones de entrada y de salida de los dispositivos presentes en el panel de cableado y en campo.

3. Aprender a levantar y leer DFP, P&ID, diagramas de lazo, diagramas de mando y de potencia presentes en la automatizacin de la planta de presin y flujo de aire.

3. PREREQUISITOS

Normas ISA S5.1, S5.4, entre otras.

Conocer los diagramas de flujo de proceso y P&ID.

4. MATERIAL NECESARIO

Se requiere la planta de Presin y Flujo de Aire del LCP.

Herramienta software Autocad Electrical

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5. FUNDAMENTACION TEORICA

Descripcin de la planta de presin y flujo de aire y su instrumentacin

La planta de presin y flujo de aire, en forma corta llamada planta de presin, es una planta acadmica

concebida como un tanque de almacenamiento de aire a presin. Este tanque tiene una tubera de

entrada y una tubera de salida. El flujo de aire siempre est en continuo movimiento. Tanto en la

tubera de entrada como en la de salida, se podran encontrar vlvulas manuales y una vlvula de

control. Con las vlvulas manuales se puede inhabilitar la entrada o salida de aire del tanque y con la

vlvula de control se puede manipular el caudal de aire que ingresa o sale al tanque, segn la tubera

donde se instale. Las perturbaciones externas son dos: el caudal de entrada y el caudal de salida. Estas

suceden cuando se presentan cambios no esperados en el caudal de aire suministrado al tanque y en el

flujo demandado al tanque en el caudal de salida, respectivamente.

Entrando en detalles con la planta de presin y flujo de aire del laboratorio de control de procesos, se

observa que la misma se encuentra organizada en dos paneles. El primero representa la planta ubicada

en campo, mientras que el segundo es el panel donde se encuentran cableados los dos escenarios de

automatizacin: Stand Alone y basado en PLC.

Figura 1.a. Imagen 3D de la planta de nivel y flujo de aire

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En el panel de campo se ubica la planta, ver figura 1a, este presenta los diferentes elementos que

conforman la planta e instrumentos del proceso a controlar que supuestamente estaran ubicados en

campo como: el tanque de almacenamiento, vlvulas manuales, electrovlvulas, el sensor de presin,

transmisores e indicadores de presin, entre otros.

En la industria, el flujo de entrada a esta planta, por ejemplo un gas combustible, un vapor de agua o un

suministro de aire, debe provenir de otra unidad o subproceso donde, probablemente, ha aumentado o

disminuido su presin. En el caso de la planta de presin del LCP, ver figura 1a, un compresor, no

representado en la imagen, actualmente ubicado en el lab. de instrumentacin industrial, y que

acumula aire en su depsito hasta alcanzar una presin de alrededor de 80 psi, es quien emula la

unidad de suministro de aire a presin.

La tubera tanto de entrada como de salida del tanque de almacenamiento de aire a presin puede

presentar derivaciones, por ejemplo, proporcionado un suministro de aire a otros subprocesos. Es

normal que en estas tuberas de derivacin, a la entrada o a la salida, se encuentren vlvulas manuales

que permiten habilitar o no el paso de flujo en esa tubera.

Los disturbios en los caudales de la planta de presin se presentan debido a que por las tuberas de

derivacin, del caudal de entrada y/o de salida, se solicita flujo para otras unidades o subprocesos. En la

planta de presin del LCP al no existir realmente las otras unidades o subprocesos, el inicio de los

disturbios se genera activando arbitrariamente electrovlvulas, que pasan de abierta a cerradas o

viceversa, generando un aumento o cada del flujo de aire por la tubera de entrada o de salida del

tanque. La magnitud del disturbio depende de la posicin de una vlvula manual en serie con la

electrovlvula. Estas electrovlvulas se activan en forma manual desde el panel de control bajo el

escenario Stand Alone o bien son disparadas desde el Scada bajo el escenario basado en PLC (Nota

importante: en un ambiente industrial real tanto el inicio como la magnitud de las perturbaciones son

aleatorias).

Finalmente ya que la presin de suministro de aire del compresor normalmente es alta y peligrosa, se

hace uso de dos reguladores de presin, ubicados despus de la unidad de filtrado en el panel de

campo, un primer regulador disminuye la presin de 80 psi a 40 psi y el segundo regulador de 40 psi a

20 psi. Este aire a una presin de 20 psi es el suministro de aire con el cual trabaja la planta.

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Figura 1.b. Imagen 3D del panel de control de la planta de nivel y flujo de aire

En el panel de cableado o control, ver figura 1b, se implementa el cableado de los dos escenarios de

automatizacin que dispone la planta: basado en PLC y Stand Alone. Toda la instrumentacin que se

encuentra en campo se rene por medio de un sistema de borneras (JB - junction box) en campo y se

llevan hasta el panel de control por medio de cables. En el panel de cableado otro grupo de borneras

reciben las seales de campo y las enva hacia un bloque de rels electromecnicos quienes las

distribuyen hacia los dos escenarios de automatizacin, segn disponga la posicin de una llave

selectora que gobierna la activacin de los rels. Los cables se instalan al interior de canaletas

ranuradas distribuidas segn se necesite en el panel de control.

Cuando la llave selectora indica Stand Alone, la servovlvula y el transmisor-indicador de presin

quedan conectados a un controlador industrial de proceso Omron, mientras la instrumentacin

restante: circuito de mando del compresor y electrovlvulas de disturbio quedan para activacin

manual desde pulsadores.

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Cuando la llave selectora indica PLC, la instrumentacin se conmuta hacia las entradas y salidas del PLC

Micrologix 1500 de Allen Bradley. Los transmisores y la servovlvula hacia las entradas y salidas

analgicas, respectivamente. Las electrovlvulas de disturbio y el circuito de mando del compresor

hacia las salidas discretas del PLC.

En cualquiera de los dos escenarios de automatizacin solo se puede implementar el esquema de

control feedback.

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6. PROCEDIMIENTO

6.1 Reconocimiento de elementos en planta y en panel de control

Liste en la siguiente tabla los nombres genricos de los elementos e instrumentos (ejemplo: transmisor

de presin ciego) que en una primera aproximacin alcancen a identificar, entre todos los integrantes

del grupo, presentes en cada panel de planta y de control.

Panel de la Planta Panel de control

6.2 Identificacin y descripcin de los elementos del panel de planta

En esta seccin se parte de una imagen en Solid Edge (modelo 3D) de algunos elementos de la planta

instrumentada. Se debe identificar componentes individuales del proceso y describir sus principales

caractersticas.

Complete las fichas de datos de cada componente con la informacin asociada a cada uno, la cual

puede encontrar leyendo o preguntando las caractersticas de los mismo presentes en los paneles.

Tome en cuenta que hay elementos para los cuales no aplican algunas de las caractersticas solicitadas

en la ficha.

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Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombres:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiquetas (TAG):

VP relacionada:

11



Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

12



Nombre:

Rango de trabajo:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

13



Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

14



Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

Nombre:

Rango de trabajo:

Un fabricante:

Panel de ubicacin:

Seal de entrada:

Seal de salida:

Etiqueta (TAG):

VP relacionada:

6.3 Parmetros de los transmisores de la planta de presin.

Complete la Tabla No. 6.3.1 de caractersticas de los instrumentos de medicin y control.

Transmisor Tag Cero Spam LVR HVR Unidad

Transmisor de presin ciego

Transmisor indicador de presin

Tabla No. 6.3.1 Caractersticas de los instrumentos de medicin.

6.4 Recordando el estndar de etiquetado ISA S5.1 e ISA S5.3

Para una adecuada identificacin de los dispositivos que componen un proceso industrial, ISA S5.1 e ISA S5.3

recomienda la utilizacin de etiquetas (TAGs), mediante los cuales se puede reconocer fcilmente la

funcionalidad del dispositivo junto con su correspondiente lazo de control.

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Haciendo uso de estas normas describa el instrumento o dispositivo al que hace mencin los siguientes TAGs .

Nota: estos no necesariamente se corresponde con instrumentos ubicados en los paneles de la planta de presin

y flujo de aire.

TAG DESCRIPCION

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6.5 Asignacin de etiquetas con el estndar ISA S5.1

Una de las partes fundamentales para todo Ingeniero en Automtica Industrial, consiste en saber realizar un

correcto levantamiento de planos y diagramas basndose en las normas establecidas como lo es la norma ISA

S5.1. Llene la siguiente tabla con el TAG que mejor represente la funcionalidad descrita.

DESCRIPCION TAG

Controlador de presin con capacidad de Indicacin, montado en panel de

control, asociado al lazo de control N 260.

Transmisor indicador de presin diferencial asociado al lazo de control N

15.

Controlador de temperatura con capacidad de registro, montado en panel

de control

Controlador e indicador de nivel perteneciente al lazo de control 55

Estacin de control y registrador de posicin

Switch con alto valor de potencia del lazo de control 02

Alarma de nivel bajo de presin diferencial

Switch por nivel alto y alarma de nivel diferencial de temperatura

perteneciente al lazo de control 23

Elemento primario de humedad

Transmisor indicador de flujo perteneciente al lazo de control 15 y 22

6.6 Lectura de un diagrama de flujo de proceso(PFD)

A continuacin se presenta un acercamiento a un diagrama de flujo de un proceso, ver figura 2, de la planta de

presin del LCP. Para iniciar observe muy bien la ubicacin y etiquetas de los dispositivos que componen el

esquema. De este modo:

a) Realice una descripcin fsica de la planta, redactando lo ms detallado posible todos los elementos que

encuentre, siguiendo una secuencia lgica desde los elementos que inician el proceso hasta nombrar el

ltimo a la salida del proceso.

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Figura 2. Acercamiento a un diagrama de flujo de un proceso

b) Dibuje a mano alzada el diagrama de flujo de proceso de la planta de presin y flujo de aire. Para

iniciar observe muy bien la conexin de los diferentes elementos que componen el montaje real y dibuje

(empleando ISA S5.1) el proceso siguiendo una secuencia lgica desde los elementos que inician el proceso

hasta el ltimo en los que se culmina. Realice la descripcin del mismo.

c) Compare el diagrama de flujo de proceso de la figura 2 con el diagrama de flujo de proceso de la

actividad previa. Liste y explique todas las diferencias presentes entre los dos diagramas.

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6.7 Lectura y diseo de un diagrama P&ID

A continuacin se presentan dos potenciales diagramas de tubera e instrumentacin (P&ID), de cada uno de los

escenarios de automatizacin de la actual planta, ver figuras 3 y 4. Para iniciar observe con cuidado la ubicacin

de instrumentos, las etiquetas y conexiones de los dos esquemas y contrstelos con meticulosidad con los

instrumentos y conexiones que realmente estn cableados en los dos paneles de la planta. Existen serias

diferencias entre lo indicado por los diagramas de las figuras 3 y 4 con lo realmente instalado.

Figura 3. Diagrama P&ID de la planta de presin y flujo de aire: Escenario Stand Alone

Figura 4. Diagrama P&ID de la planta de presin y flujo de aire: Escenario PLC

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a) Lea y analice el diagrama P&ID de la figura 3 y segn el seguimiento que realice a los

instrumentos bajo el escenario Stand Alone. Escriba su lectura del diagrama y posteriormente

identifique y explique en qu consisten los errores cometidos.

b) Dibuje a mano alzada la versin corregida del diagrama P&ID de la planta bajo el escenario Stand

Alone. Tenga en cuenta que el controlador Omron se puede monitorear y supervisar desde un

PC.

c) Lea y analice el diagrama P&ID de la figura 4 y segn el seguimiento que realice a los

instrumentos bajo el escenario PLC. Escriba su lectura del diagrama y posteriormente identifique

y explique en qu consisten los errores cometidos.

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d) Dibuje a mano alzada la versin corregida del diagrama P&ID de la planta bajo el escenario PLC

incluyendo el monitoreo y supervisin desde el PC.

6.8 Ingeniera conceptual de la planta de Presin y flujo de aire

Continuando con las actividades iniciadas en el punto 6.7 :

e) Describa el proceso ejecutado en el diagrama de flujo de proceso dibujado siendo lo ms explcito posible.

Para ello tenga muy en cuenta que se requiere mantener la presin al interior del tanque en un valor

determinado.

f) A partir del anlisis del PFD y P&ID liste la variable controlada (VC), la variable manipulada (VM) y las

perturbaciones existentes clasificndolas en crticas y no crticas. Qu significa que una perturbacin sea crtica?

g) Indique el esquema de control recomendado para este proceso. Cuantos lazos de control se requieren?

Justifique.

g) Explique en qu consisten los dos escenarios de automatizacin actualmente implementados. Serian posibles

otros escenarios?. Explique cules?

6.9 Planos tcnicos de la ingeniera bsica y detallada

Levante planos a mano alzada, segn ISA S5.4, de los siguientes diagramas de conexiones:

a) Diagrama de lazo de control de presin Stand Alone

b) Diagrama de lazo de control de presin basado en PLC.

c) Diagrama de lazo monitoreo del transmisor de presin ciego y de activacin de electrovlvulas desde el

PLC.

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Soportndose en las lecturas entregadas al inicio del curso, en la herramienta AutoCad Electrical y en las

actividades realizadas en el punto 6.6 y 6.7:

a) Disee un diagrama de flujo de proceso profesional para la planta de presin del LCP. Acompae su

diseo de un prrafo explicativo.

b) Disee un diagrama de proceso e instrumentacin profesional para la planta de presin del LCP bajo el

escenario de automatizacin Stand Alone. Acompae su diseo de un prrafo explicativo.

c) Disee un diagrama de proceso e instrumentacin profesional para la planta de presin del LCP bajo el

escenario de automatizacin basado en PLC. Acompae su diseo de un prrafo explicativo.

d) Disee los diagramas de lazo profesionales a, b y c, del primer requerimiento de esta seccin. Acompae

cada uno de los diagramas de lazo de un prrafo explicativo.

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