Curso proyectos de automatización industrial js

pág. 1 Juliian Saez ([email protected])

Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial

http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez01/04/2009

Metodología para el Desarrollo de Proyectos de

Automatización Industrial. Aplicaciones Prácticas

Julián Sáez Mateo

[email protected]

http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez




Índice

1.Objeto del Curso.

2.Introducción. El ciclo de vida de un Proyecto de Automatización.

3.Ingeniería Básica e Ingeniería de Detalle.

4.Información de partida para la Ingeniería de Detalle.

5.Documentos que componen el Proyecto de Automatización.

6.Actividades de la Disciplina de Sistemas.

Índice




Objeto del Curso




1.Análisis de la metodología para la realización de proyectos de automatización

en plantas industriales.

2.Estudio en la fase de ingeniería de detalle.

3.Secuencia de actividades y aspectos prácticos necesarios.

4.Introducción y una guía práctica para ingenieros que trabajen en el campo de

la Automatización Industrial (Instrumentación y Sistemas).

5.Metodología bien establecida y estandarizada, y que es la que utilizan las

empresas de ingeniería, tanto de España (Técnicas Reunidas, Foster Wheeler

Iberia, Sener, Inctecsa, Initec, Iberinco, etc) como del resto del mundo (Kellog,

Technip, Fluor, Linde, Jacobs, etc).

6.Se abordarán los aspectos del desarrollo de un proyecto de automatización

fuera del ámbito puramente teórico. Se enfocará el mismo ilustrándolo siempre

con casos prácticos reales.

1. Objeto del Curso




Introducción. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización




Para el desarrollo de proyectos de Automatización Industrial, el ingeniero de automatización, ha de manejar diferentes:

- Sistemas de información- Técnicas de diseño

- Sistemas industriales de control- Metodologías de integración de sistemas de control- Estrategias de control- Lenguajes de Programación y Herramientas informáticas- Conocimientos de instrumentación industrial, equipos y procesos

industriales- Conceptos de seguridad y enclavamientos

Esta amalgama de sistemas, técnicas, metodologías y conceptos, en las aplicaciones prácticas para entornos de automatización industrial presentan entre sí un alto grado de interrelación.Esto hace que resulte complejo, para el ingeniero de automatización, el integrar los requerimientos de las diferentes disciplinas (electricidad, operaciones, seguridad, automatización, etc) que actúan como clientes en el desarrollo de proyectos de automatización.Diseños adecuados de los distintos sistemas de control (Sistema de Control Distribuido, Autómatas Programables, controladores locales ...etc) de modo que se cumplan los objetivos del proyecto, dentro del plazo y coste requeridos por el cliente.

2. Introducción.




2. Introducción.

SISTEMAS DE INFORMACION

TECNICAS

SISTEMAS DE CONTROL

INTEGRACION SISTEMAS CONTROL

ESTRATEGIAS DE CONTROL

HERRAMIENTAS INFORMATICAS

INSTRUMENTACIONINDUSTRIAL

EQUIPOS INDUSTRIALES PROCESOS

INDUSTRIALES




Este curso pretende analizar la implementación de proyectos de automatización en plantas químicas industriales, centrándose en la fase de ingeniería de detalle de los mismos.

En el ámbito de la industria, la disciplina de automatización de procesos industriales se compone de las áreas de conocimiento de instrumentación y de sistemas de control.

Estas dos áreas están íntimamente ligadas (la instrumentación es, de hecho, parte del sistema de control) pero muy especializadas, lo que lleva, en la práctica, a la existencia de profesionales con dedicación exclusiva para cada una de ellas.

Los términos de ingeniero de automatización de procesos e ingeniero de sistemas de control suelen emplearse de manera indistinta, mientras que para el área de instrumentación se emplea el término de ingeniero de instrumentación.

2. Introducción.




Los proyectos de automatización suelen presentar ciclos de vida lineales: - Cada fase se realiza una sola vez, detrás de la fase anterior y antes de la siguiente .

Cada actividad del proyecto puede descomponerse de manera que una fase no necesite resultados de las siguientes (realimentación), aunque pueden admitirse ciertos supuestos de realimentación correctiva.Las fases comprenden las actividades de diseño requeridas con el objeto de producir los documentos necesarios para la adquisición y montaje de sistemas de control (hardware), junto con la instrumentación e instalaciones necesarias, así como la definición de estrategias de control para cumplir los requerimientos de automatización (software).

2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.




Los proyectos de automatización, en plantas industriales, suelen darse como parte integrante de proyectos que engloban al resto de disciplinas (procesos, electricidad, civil y estructuras, mecánica, tuberías, dibujo, proyecto...etc).Es necesario fijar a priori, en el desarrollo de un proyecto industrial, el alcance del mismo, definiendo hasta que fase ha de llegar el proyecto. También es necesario definir las actividades a realizar en cada una de las fases que componen el ciclo de vida, así como las relaciones entre las diferentes actividades y la información que genera, almacena e intercambia cada actividad (proceso) con el resto (sistema de información del proyecto).


Etapas Fases

Realización por (depende de la magnitud del

proyecto)

Definición y Análisis de Objetivos ClienteRequisición del Proyecto ClientePreparación de Ofertas Empresa de Ingeniería

PlanificaciónAdjudicación: Comparación de Ofertas, Adjudicación del Proyecto y Realización del Pedido Cliente

Ingeniería Conceptual Empresa de Ingeniería

Ingeniería Básica Empresa de Ingeniería

Ingeniería de Detalle Empresa de Ingeniería

Inplementación Ejecución del Proyecto Empresa de Ingeniería

(con contratistas)

Entrega Entrega Proyecto: Pre-comisionado, Comisionado y Puesta en Marcha Empresa Ingeniería - Cliente

(con contratistas)

Mantenimiento Mantenimiento y Modificaciones A definir por Cliente

Desmantelamiento Decomisionado A definir por Cliente




Definición de objetivos: Quien solicita el proyecto (cliente) determina cual es el objeto del mismo y realiza una estimación de costes (para cada fase), así como la estimación del tiempo de realización (por fases). Se determinan los requerimientos iniciales y se realiza el estudio de la factibilidad. Se toma la decisión de acometer o no el proyecto. Si se decide acometer el proyecto se describen las actividades principales del mismo, se planifican, y se identifican los recursos.Requisición del proyecto de automatización: documento (especificación técnica) que recoge los requerimientos del cliente para la realización del proyecto de automatización (diseño, fabricación, programación del software, configuración, pruebas y entrega). Este documento incluye, además, los estándares requeridos por el cliente para la realización del mismo. Es utilizada por las empresas de ingeniería para confeccionar ofertas que incluyan los requerimientos coste plazos.Comparación de ofertas: el cliente evalúa cual es la empresa de ingeniería más adecuada (evaluación técnico-económica) a la que adjudicar el proyecto, realizándosele a esta empresa el pedido del mismo. El pedido, una vez aceptado por la empresa de ingeniería, es un documento contractual entre empresa de ingeniería y cliente que incluirá, al igual que la oferta, los requerimientos del cliente, plazos de entrega y coste económico.Ingeniería conceptual: conjunto de estudios básicos que definen el proyecto (requisitos del proyecto) en términos de tamaño, capacidad, selección de tecnología (propuesta y evaluación del proceso, diagramas de flujo conceptual “DFC”), localización, estudios de factibilidad (evaluaciones económicas) y demás factores (documentación del proyecto...etc) de importancia para que el propietario pueda tomar decisiones acertadas sobre la ejecución del mismo.





Ingeniería básica: producción de una serie de documentos:

- Diagramas de Flujo de Proceso “DFP”.- Estimación del número de señales requerido.- Especificación funcional de la automatización.- Especificaciones de sistemas de control.- Diagramas básicos de implantación de los sistemas de control, propuesta de

instalaciones requeridas que sirven para analizar alternativas tecnológicas, definir, cuantificar y dimensionar cada uno de los componentes del proyecto y que constituyen la base para el desarrollo de la ingeniería de detalle.

Ingeniería de detalle: producción de especificaciones técnicas, cálculos, planos de detalle para construcción, presupuestos, requisiciones de compra, contratos y otros documentos de cada una de las áreas de ingeniería, que permitan adquirir, fabricar, construir y montar los materiales, equipos e instalaciones requeridos para materializar el proyecto. Queda dentro de la ingeniería de detalle:

- Estudios técnicos, administrativos y económicos necesarios para adoptar soluciones.- Análisis de los materiales y equipos a ser instalados en la obra o trabajos.- Determinación del programa de trabajo a seguir para la ejecución de las obras.- Preparación de especificaciones técnicas y documentos de licitación.- Elaboración de planos detallados para la construcción.





Ejecución del proyecto: tareas y actividades que suponen la materialización del proyecto.

Objetivo: completar su instalación y puesta en marcha, atendiendo a las especificaciones del diseño, en un tiempo mínimo.

La instalación de los sistemas se ejecuta atendiendo a los contratos de montaje con las empresas contratistas, realizada durante la etapa de ingeniería de detalle.

Antes de recibir los equipos en el lugar de la obra se realizan inspecciones y pruebas a los mismos (tanto para el hardware como para el software) para la aceptación por parte del cliente antes de que estos salgan de los almacenes del suministrador (pruebas de aceptación en fábrica).

La supervisión de obra es realizada por el cliente para asegurar la correcta ejecución del proyecto por parte de la empresa contratista.

Finalización del proyecto: es la entrega de la obra al cliente o puesta en marcha del sistema desarrollado, comprobando que funciona adecuadamente y que responde a las especificaciones en su momento aprobadas. Esta etapa es clave, por las dificultades que suele presentar en la práctica, alargándose excesivamente y provocando retrasos y costes imprevistos. La etapa de entrega de la obra comprende las siguientes fases:





-Precomisionado (o puesta en servicio previa): se realiza una vez que el proyecto ha sido montado (ejecución del proyecto o terminación mecánica). Se realiza sistema por sistema.

Actividades de precomisionado en la disciplina de automatización:

- Pruebas en planta del hardware del sistema de control- Pruebas de lazos de control: se comprueba que las señales llegan

correctamente, a través de las entradas /salidas (E/S, I/O) de los sistemas de control, desde su origen en los instrumentos (o destino en los elementos finales de control) instalados en campo, hasta los controladores y las consolas de operación. Esta fase de precomisionado es realizada por el contratista que monta el proyecto


CONSOLADE

OPERACION

CAJACONEX.

INSTRUM




-Comisionado (también llamada aceptación final): los diferentes sistemas que componen la obra son puestos en servicio por el cliente, de manera que queden disponibles para ser puestos en operación.Actividades del comisionado, en la disciplina de automatización:

- Pruebas de enclavamientos (acciones de control sobre el proceso, programadas sobre los sistemas para proteger posibles daños sobre equipos o personas).

- Pruebas funcionales (correcta operación del conjunto hardware-software de acuerdo a la funcionalidad especificada) de los sistemas de control. Estas pruebas se hacen con los equipos (tanques, reactores, hornos, columnas de destilación, silos... etc) e interconexiones (tuberías) del proceso a controlar en vacío.

- Una vez realizadas las pruebas de enclavamientos y pruebas funcionales en vacío, se pueden ejecutar, a criterio del cliente, pruebas funcionales en carga, con agua (water run) u otro producto, para la comprobación de la correcta operación de los equipos de proceso e interconexiones.

Durante esta fase también se acepta, por parte del cliente, la documentación final del proyecto.

- Puesta en marcha: Es la última fase del proyecto (sin considerar la etapa continua del futuro mantenimiento y modificaciones).Es realizada por el cliente (departamentos de producción y mantenimiento). Los sistemas de control y la instrumentación entran a funcionar, realizando el control de la planta en carga, con los productos químicos siguiendo el proceso diseñado para generar el producto.





Ingeniería Básica e Ingeniería de Detalle




3. Ingeniería Básica

- Diagramas de flujo de proceso “DFP”

Representan, de modo esquemático, el flujo del proceso a través de los equipos principales de la planta.Indican la instrumentación y controles básicos necesarios para controlar el proceso.A partir de estos diagramas se desarrollarán los diagramas de instrumentación y tuberías “P&ID” durante la fase de ingeniería de detalle.

- Especificación funcional básica de la automatización

Documento complementario a los diagramas de flujo de proceso.Describe el proceso físico y químico que tiene lugar en el sistema especificado, así como las variables de proceso a ser monitorizadas o controladas y los controles principales (nivel, presión, temperatura, etc.).Describe también las principales protecciones (enclavamientos) que ha de realizar el sistema de control para evitar que el proceso pueda ocasionar daños a equipos, a personas o al medio ambiente.

- Estimación del número de señales requerido:

Se hace en base a los controles especificados por los diagramas de flujo de proceso y por la especificación funcional de la automatización.Teniendo en cuenta que durante la fase de ingeniería de detalle aparecerán más señales aparte de las que intervienen en los controles y enclavamientos principales (indicaciones, controles secundarios, interfase con unidades paquete, paneles locales...etc).Sirve para dimensionar los sistemas de control requeridos.





- Especificaciones de los sistemas de control requeridos:

Establecen unas bases de diseño para los sistemas de control del proceso.- Controladores centralizados en sala de control o distribuidos en planta.- Entradas/ salidas centralizadas en I/O room (también llamada sala de racks) única o

distribuidas por planta en varias I/O rooms.- Ubicación de sala de control e I/O rooms.- Estaciones de operación centralizadas en sala control o distribuidas en planta.- Sistema de protecciones o enclavamientos independiente o incluido en sistema de

control del proceso.- Sistemas de control basados en sistema de control distribuido (SCD), autómatas

programables (PLC), controladores locales, PC, etc.- Necesidad de SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) para la alimentación de

los sistemas de control.- Necesidad acondicionamiento del aire en las I/O rooos que contengan hardware del

sistema de control.- Necesidades de repuestos.

- Diagramas básicos de implantación de los sistemas de control:

- Salas de control e I/O rooms necesarias.- Equipos principales a instalar en cada una de ellas .- Esquemas de recorrido de los buses principales (primario y secundario) de

comunicación entre los diferentes componentes del SC.












3. Ingeniería de DetalleConsiste en la producción de especificaciones técnicas, cálculos, planos de detalle para construcción, presupuestos, requisiciones de compra, contratos y otros documentos de cada una de las áreas de ingeniería, que permitan adquirir, fabricar, construir y montar los materiales, equipos e instalaciones requeridos para materializar el proyecto.

TOMA COMO BASE:

Todas las especificaciones (estándares) requeridas por el cliente para aplicar al proyecto:

- Ingeniería de instrumentación y automatización

- Sistemas de control distribuido (SCD)

- Sistemas de enclavamiento y automatismos (PLC)

- Desarrollo de software para DCS

- Desarrollo de software para PLC

- Sistemas de alimentación eléctrica a instrumentos y servicios esenciales

- Instrumentos (nivel, presión, caudal, temperatura, analizadores..etc)

- Válvulas de control

- Seguridad intrínseca (S.I.)




3. Ingeniería de Detalle - Sistema de alarmas

- Cables de instrumentación

- Instalación eléctrica de instrumentos

- Conexionado de instrumentos a proceso

- Alimentación de aire a instrumentos

- Montaje de instrumentación

- Instrumentación y control en unidades paquete

- Paneles locales

Todos los datos de la ingeniería básica.

Lo indicado en los diagramas de instrumentación y tuberías (P&ID).La generación de estos diagramas como parte de la ingeniería de detalle es responsabilidad de la disciplina de proceso (son desarrollados a partir de los diagramas de flujo de proceso DFP generados en la fase de ingeniería básica), participando activamente en el desarrollo de los mismos la disciplina de automatización (instrumentos y sistemas) en labores de numeración de lazos, revisión y representación de la instrumentación y la automatización.




Información de partida para la Ingeniería de Detalle




4. Información de partida para la Ingeniería de Detalle

Tomando como bases para el diseño las especificaciones y estándares del cliente, se requiere la siguiente información de partida:

- Isométricos de tuberías (generados por la disciplina de tuberías). Se utilizan para obtener la implantación de los instrumentos.- Descripción funcional detallada del proceso (este documento es generado por la disciplina de proceso a partir de la “Descripción básica del proceso y de sus controles” desarrollada durante la fase de ingeniería básica). Este documento contiene la descripción detallada del proceso, y descripción detallada del control del proceso y de sus enclavamientos. Se utiliza para desarrollar la descripción funcional del sistema de control.- Diagramas instrumentación y tuberías (P&ID) (proporcionados por disciplina de proceso y desarrollados durante la fase de ingeniería de detalle a partir de los diagramas de flujo de proceso “DFP”). Se utilizan para obtener el listado de la instrumentación requerida y de señales a implementar como E/S de los sistemas de control.- Hojas de Datos de Proceso para Instrumentación (proporcionadas por la disciplina de procesos), definen los datos relativos al proceso a medir, que permiten seleccionar el instrumento adecuado para ese proceso y condiciones de operación. Estos datos serán integrados en las hojas de datos de los instrumentos. Se utilizan para especificar los instrumentos a comprar.- Planos de implantación de la planta (plot plant) (proporcionados por la disciplina de tuberías), definen la localización de equipos en planta, recorridos de racks principales para el tendido de tuberías y bandejas de cableado. Se utilizan para el diseño del recorrido de los cableados entre los instrumentos de campo y las diferentes salas de I/O, así como para definir la ubicación geográfica de las mismas y de cualquier otro elementos del SC (paneles locales, instrumentos de campo...etc).




Documentos que componen el Proyecto de Automatización




5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización

Planos de Implantación de Instrumentos

En inglés “Instrument Layout Drawings”.

Son planos, generados por la disciplina de instrumentación, que tienen como base los planos de implantación de equipos de la planta (plot plant) generados por la disciplina de tuberías y sobre los que se representan los instrumentos electrónicos (detectores digitales y transmisores analógicos) y neumáticos (válvulas todo-nada y válvulas de control). Para cada instrumento se pueden obtener las coordenadas (norte/ este) de ubicación, viniendo indicada la altura, esquema de conexiones correspondiente, etc.

Estos datos de coordenadas de ubicación de cada instrumentos se obtienen de los planos isométricos de tuberías, generados por la disciplina de tuberías.

Estos planos son indicativos (no se suelen utilizar como planos constructivos), se utilizan como referencia para localizar los instrumentos en la planta una vez montados, ya que como planos constructivos para la ubicación de instrumentos durante el montaje se utilizan los isométricos de tuberías, generados por la disciplina de tuberías.









Planos de Implantación y de Disposición de Paneles

- En inglés “Panel Layout Drawings”. - Generados por la disciplina de instrumentación o de sistemas (según se trate de paneles o armarios que contengan instrumentación o elementos hardware del sistema de control). - La implantación de paneles o armarios del Sistema de Control:

- Se representa en los Planos de Implantación de Instrumentos, cuando se trata de reflejar la implantación de paneles que van instalados en campo.

- Se representa en los planos de implantación de las correspondientes salas de E/S (también llamadas I/O rooms o salas de racks, que pueden estar montadas en casetas de campo, subestaciones eléctricas, salas de control...etc) cuando se trata de reflejar la implantación de paneles que van instalados en el interior de salas especialmente acondicionadas para la instalación de este tipo de equipos (aire acondicionado, alimentación de UPS, etc).

- Reflejan los lugares de instalación, identificación y dimensiones de los paneles o armarios correspondientes. Así mismo suelen representar detalles del conexionado exterior de estos paneles o armarios (alimentación a 220Vca, si la llevan, que suele venir de UPS, interconexiones con otros paneles o armarios, puestas a tierra ...etc.).- La disposición de paneles o armarios de los sistemas de control reflejan la disposición interior, dentro de los bastidores de los mismos, de los diferentes elementos constitutivos de los mismos (fuentes de alimentación 220Vca/24Vcc, regleteros de terminales, relés , CPUs, racks, conexiones para puesta a tierra, etc.) así como la disposición exterior, sobre las puertas o laterales de pilotos luminosos y bocinas de señalización, indicadores analógicos o digitales, pulsadores ...etc,

- Estos planos van acompañados de los planos o esquemas de cableado interno de los paneles o armarios, que reflejan el detalle del conexionado interior entre los diferentes elementos que los componen.





























Índice de Instrumentos

También llamado “Lista de Instrumentos” (en inglés Instrument Index o Instrument List). Es una tabla que contienen información acerca de cada uno/a de:- Los instrumentos instalados en la planta.- Las señales cableadas de instrumentación: entradas/ salidas “físicas” de los sistema de control.- Las señales “serie” de instrumentación: entradas/ salidas transmitidas vía serie entre los sistema de control (PLC, DCS ...etc).- Las señales generadas por los sistemas de control para indicación en la pantalla de las consolas.- La instrumentación local para indicación o actuación en campo que no están cableadas a los sistemas de control.- Este listado es generado por la disciplina de instrumentación, a partir de los datos relativos a la instrumentación y al control que vienen reflejados en los P&IDs (denominación o “tag” de la señal, tipo de señal, descripción, localización del instrumento que origina la señal, especificación de la tubería donde se instala el instrumento). Contiene datos que se utilizarán en el diseño de la ingeniería de detalle de la instrumentación de la planta (plano de implantación de instrumentos correspondiente a cada instrumento, típico de conexionado a proceso, típico de soportación del instrumento, caja de conexiones a la que se conecta el instrumento, nº de hoja de datos del instrumento, fabricante).Es utilizado por la disciplina de sistemas para dimensionar el hardware requerido para el control. Determinar el número de tarjetas E/S necesarias por tipo de señal, así como el resto de hardware necesario para la instalación de estas tarjetas (armarios, fuentes de alimentación, ... etc), el número de controladores necesarios para el procesamiento de las señales, el número de buses necesarios para la comunicación de los diferentes racks de tarjetas con sus correspondientes controladores.









Diagrama de lazos de Instrumentación

En Inglés “Instrument Loop Diagram” (ILD).

Son esquemas unifilares que representan el conexionado de las señales desde su origen en instrumento o sistema de control hasta su finalización en la pantalla del terminal de operación del sistema de control.

Suele realizarse un diagrama por lazo de control, reflejando los detalles del cableado y conexionado de cada señal:

- Instrumento o sistema origen de la señal (indicando identificación y bornas de conexión) - Cable simple que transmite la señal del instrumento hasta la caja de conexionado de campo - Multicable que transmite la señal desde la caja de conexionado de campo hasta la I/O room correspondiente - Armario y regletero al que va conectado el multicable en el lado de la I/O room - Cableado interno o “cross-wiring “ (caso de haberlo) de la señal, dentro de los armarios de la I/O room, hasta llegar al canal del la tarjeta de E/S correspondiente - Identificación, tipo de señal y punto de control que recibe o produce la señal en el sistema de control y que muestra su valor por pantalla (caso de que sea una señal con visualización en pantalla del sistema de control) - ... Etc.





Los diagramas de lazos de instrumentación, pese a contener el detalle del conexionado de las señales desde su origen (instrumento de campo o sistema de control) hasta su destino (instrumento de campo o sistema de control), no suele utilizarse como documento de referencia para labores de instalación y montaje del cableado de instrumentación.

El conexionado e realiza de modo más eficiente agrupando las señales por cajas de conexionado y multicables, tal y como vienen reflejadas en los documentos “Esquemas de Conexiones” y Lista de Cables“.

Los diagramas de lazos de instrumentación resultan, sin embargo, de gran utilidad en la realización de las pruebas de lazos, durante el precomisionado de los sistemas, y en el posterior mantenimiento de los sistemas de control, ya que permiten el acotar, de manera sistemática, las fallas del hardware de los sistemas de control.









Diagrama de Conexionado de Instrumentos a Proceso

En inglés “Process Hook-ups”

Son esquemas o diagramas que indican la forma en que cada instrumento se conecta al proceso (roscado o bridado a la tubería o equipo, si lleva vaina ...etc).

Estos esquemas indican además cualquier otro material adicional necesario para la instalación y conexionado del instrumento al proceso (soportación, racorería, tubings ...etc).

Como las formas de conexionado de los instrumentos a proceso son repetitivas en una planta química, se definen una serie de esquemas típicos a los que se hace referencia.









Planos de Aire de Instrumentos

El aire es uno de los servicios generales necesarios para el funcionamiento de las plantas químicas (junto al vapor, nitrógeno, electricidad, etc).

Estos servicios generales se distribuyen a través de redes a lo largo de toda la planta para poder ser utilizados allá donde se precise.

El aire de instrumentos (para válvulas de control, válvulas todo-nada, presurización de paneles locales ...etc), en condiciones específicas de presión, grado de humedad, contenido de aceite y agua ... etc (calidad del aire de instrumentos de acuerdo a las normas ISO-8573 y ANSI/ISA S7.3.), se obtiene con un sistema de compresión, filtrado, secado y se distribuye por toda la planta a través de unos colectores y subcolectores.

Los planos de aire de instrumentos son desarrollados por la disciplina de instrumentación, y reflejan la red de distribución de aire para instrumentos existente en la planta.

Esta red es independiente y separada de las redes de aire de proceso, herramientas o cualquier otra red que pueda existir.

La conexión de aire del instrumento hasta el subcolector de aire correspondiente se realiza a través de tubing, utilizando filtro manorreductor y válvula de aislamiento.









Planos de Traceado Eléctrico de Instrumentos

El traceado eléctrico de instrumentos, consiste en la instalación de resistencias eléctricas alrededor de la instalación de un instrumento (montado en el exterior de una línea de proceso o de un equipo) y de sus conducciones de conexionado al proceso, con el propósito de prevenir alguna de las siguientes situaciones:- La congelación de fluidos en los instrumentos o líneas de conducción- Interferencias en la adecuada operación del instrumentos debido al aumento de viscosidad de los fluidos en el interior de los instrumentos o líneas de conducción- Daño o mal funcionamiento , por causa de bajas temperaturas, de la parte electrónica de un instrumento-Condensación de vapores de proceso dentro del instrumento, cuando esta condensación resulta perjudicial para el instrumento-Los elementos y conducciones de instrumentación a los que se aplica traceado eléctrico son también recubiertos de aislamiento térmico.El traceado eléctrico de instrumentos, así como el correspondiente aislamiento térmico, se indica en los diagramas de tuberías e instrumentación (P&IDs) sobre los instrumentos a tracear eléctricamente.Los instrumentos montados en línea con el proceso (como válvulas de control, medidores de caudal de área variable, ...etc) que requieren traceado eléctrico son traceados con el sistema de traceado eléctrico de las líneas de proceso (que es independiente del sistema de traceado eléctrico para instrumentos).Los planos de traceado eléctrico de instrumentos reflejan la instalación de resistencias de traceado eléctrico y recubrimientos de instrumentos que se requieran para la protección de los instrumentos.





Planos de Instrumentos de Vapor

El traceado con vapor de instrumentos, consiste en la instalación de líneas de vapor junto a la la instalación de un instrumento (montado en el exterior de una línea de proceso o de un equipo) y de sus conducciones de conexionado al proceso, con el propósito de prevenir alguna de las siguientes situaciones:- La congelación de fluidos en los instrumentos o líneas de conducción- Interferencias en la adecuada operación del instrumentos debido al aumento de viscosidad de los fluidos en el interior de los instrumentos o líneas de conducción- Daño o mal funcionamiento , por causa de bajas temperaturas, de la parte electrónica de un instrumento-Condensación de vapores de proceso dentro del instrumento, cuando esta condensación resulta perjudicial para el instrumentoLos instrumentos montados en línea con el proceso (como válvulas de control, medidores de caudal de área variable, ...etc) que requieren traceado con vapor son traceados con el sistema de traceado con vapor de las líneas de proceso (que es independiente del sistema de traceado con vapor para instrumentos).Los elementos y conducciones de instrumentación a los que se aplica traceado con vapor son también recubiertos de aislamiento térmico.El traceado con vapor de instrumentos, así como el correspondiente aislamiento térmico, se indica en los diagramas de tuberías e instrumentación (P&IDs) sobre los instrumentos a tracear con vapor.Los planos de traceado con vapor de instrumentos reflejan la instalación de las conducciones de traceado con vapor que se requieran para la protección de los instrumentos.









Especificación Funcional del Control

Es el documento que se utilizará como base para la configuración y programación de los sistemas de control.

Ha de especificar de forma clara y concisa como han de estar configurados y funcionar los sistemas de control de la planta (sistema de control distribuido, PLCs, controladores ...etc) de forma que posibiliten la realización del software requerido por parte de los programadores especializados.

Es muy importante que las señales que han de intervenir en el control, aparte de ser descritas por el servicio que presta (caudal de vapor a caldera, temperatura de cámara de combustión...etc), se identifiquen claramente por su tag (función + número de área + número correlativo dentro del área: FI8321467, TI4512308, etc) para facilitar las tareas de programación y evitar posibles errores.

Es imprescindible realizar la descripción funcional en términos de “señales” (a través de sus tags), identificando de manera precisa su correspondencia con los instrumentos y elementos finales de control (también a través de sus tags), de modo que no haya lugar a ambigüedades o interpretaciones por parte de quien vaya a realizar la programación.

Es en esto lo que consiste, para el ingeniero de sistemas el valor añadido de realizar una Descripción Funcional del Control, traduciendo al lenguaje de la automatización la Descripción del Proceso generada por la disciplina de procesos.





De no realizarse la Descripción Funcional del Control en los términos a continuación descritos, la fase de programación, configuración y pruebas de los sistemas de control puede alargarse de manera importante (consultas, modificaciones, reprogramaciones).

En la práctica, el personal que programa los sistemas de control suele ser personal cualificado en programación de sistemas de control, pero ajeno a la planta o al conjunto del proyecto (empresas vendedoras de sistemas de control, empresas integradoras de sistemas de control ...etc) lo que implica que no esté familiarizado con el funcionamiento de la planta ni de los procesos o sistemas a automatizar, y que le resulte difícil el interpretar directamente las Descripciones del Proceso generadas por la disciplina de procesos en líneas de código de programa.

Por otra parte, el lenguaje descriptivo, utilizado por el personal de la disciplina de procesos en las descripciones de los procesos, resulta a menudo ambiguo en términos de automatización, siendo labor de los ingenieros de sistemas el “transcribir” estas descripciones a algoritmos, que no sean susceptibles de diversas interpretaciones, y que resulten fácilmente programables en un sistema de control.





Especificación Funcional del Control (Apartados)

Descripción Básica del ProcesoBreve descripción del proceso a controlar, extraída de la descripción del proceso generada por la disciplina de procesos.Esta descripción es necesaria como referencia básica del sistema objeto de la automatización.

Descripción de la Filosofía de Control del ProcesoEs la descripción genérica de cómo se controla el proceso: - Qué variables de proceso hay que controlar

- De que modo se relacionan las variables para realizar el control del proceso (p. ej controlar nivel con caudal, presión con caudal, presión con temperatura, temperatura con caudal, etc)

- Qué elementos de control final se utilizan para ello (válvulas de control, válvulas todo-nada, bombas con o sin variador de velocidad, hornos, calentadores eléctricos, etc)

La filosofía de control del proceso es definida por la disciplina de procesos en el documento de Descripción del Proceso.





Tabla de Señales del Sistema de ControlContiene un registro por cada una de las señales a configurar en el sistema de control.Para cada señal se indica la información de ingeniería necesaria para la configuración de dicha señal en el sistema de control, así como del punto de control asociado. Los campos de esta tabla son:

- Identificación (“tag”) de la señal- Tipo de señal- Descripción- Punto al que se asocia la señal en el sistema de control- Tipo de punto al que se asocia la señal- Plantilla de manejo del punto (para puntos de control discreto)- Rango de la señal- Unidades y niveles de alarma a configurar (para entradas analógicas)- Si llega al sistema de control cableada (un cable por señal) o por comunicación serie

(múltiples señales por un sólo cables mediante de protocolo de comunicaciones).

- Si es de seguridad intrínseca, etc.

Estrategias de Control del Proceso- Se especifican, una por una, todas las estrategias de control elegidas (por el departamento de procesos) para la implementación de la filosofía de control - Las estrategias de control están, así mismo, representadas en los P&IDs-La especificación ha de hacerse al nivel de indicar la identificación de todas las señales implicadas en cada estrategia de control, de forma que se facilite la programación de las mismas





Estas estrategias de control pueden ser (entre otras):

- Control “Batch”: (aplicado al procesamiento por lotes)Se trata de secuencias programadas en los sistemas de control que se componen de una serie de fases (p. ej. iniciar, llenar, calentar, Vaciar....) compuestas de pasos (p. ej. cerrar válvula 2, abrir válvula 1, esperar 30 min, cerrar válvula 1, etc.).Las diferentes configuraciones (variación de parámetros) de un mismo lote (secuencia o batch) se denominan recetas.También se utiliza como estrategia de control la programación de secuencias para la automatización de tareas de naturaleza secuencial como paradas o puestas en marcha programadas (encendido de hornos, arranque de compresores, etc).

- Control Todo-Nada: El control todo-nada (on-off control) es el que realiza el sistema de control cuando actúa automáticamente sobre elementos finales de control discreto (p. ej marcha-paro de bombas, abrir-cerrar válvulas on-off, etc).

Ejemplos:Funcionalidad de “stand-by” para bombas redundantes, que, en determinadas situaciones (bajo caudal o fallo de la bomba principal) hacen arrancar la bomba de reserva.Funcionalidad de apertura-cierre temporizada de válvulas todo-nada para controlar pequeños caudales.





- Control Continuo: Es el que se realiza sobre elementos de control continuo (válvulas de control, variadores de velocidad de motores, calentadores eléctricos, etc). Es realizado por puntos tipo “PID” (cuando estos actúan de forma independiente, es decir, una AI, una AO y una consigna que se introduce desde la consola de operación desde).Lazo de control simple no suele describirse como estrategia de control, ya que su configuración en el sistema de control puede realizarse a partir de los datos de la tabla de señales y de la información representada en el P&ID correspondiente, siendo las constantes del PID valores estándar según la naturaleza de la variable de proceso (presión, nivel, temperatura...etc) que se ajustan (sintonización de lazos) durante la puesta en marcha de la planta.

Ejemplos de estrategias de control continuo son:

Control en cascada:La consigna (set point) de un lazo de control tipo PID no es introducida desde la consola de operación (modo de operación automático), sino que viene dada como la salida de otro lazo tipo PID.El lazo que recibe la consigna actúa como esclavo del lazo que envía la consigna (que actúa como maestro). Ejemplo típico de control en cascada es el control PID del caudal que pasa por una tubería, actuando en cascada sobre el control de velocidad de la bomba que impulsa el fluido.

AI

AO

AI

Consigna

FT

FC

SC





Estrategias de Control del Proceso

Control en rango partido:Un controlador tipo PID actúa sobre diferentes elementos finales de control (continuo) de modo que la salida del controlador es aplicada, en tramos continuos, a la actuación de los diferentes elementos finales de control asociadosUn ejemplo típico es el control de una variable de proceso actuando sobre dos elementos finales de control con efectos opuestos sobre la variable a controlar (p. ej control de presión en recipiente mediante actuación sobre válvula de control de inyección de nitrógeno y válvula de control de alivio)

AIPC

NHP ATMPVB PVA

PT

AO

% SALIDA PC

0%

100%

% APERTURA PVs

PVA PVB






Control Selectivo:Alguno de los elementos que intervienen en un lazo de control (señal de entrada al controlador, controlador, señal de salida del controlador o elemento final de control) son seleccionados de entre varios, dependiendo de las condiciones del proceso. Ej: Actuación sobre válvula de descarga de vapor por control de nivel o por control de presión según la presión en la línea de descarga.

PCXSLC

VAPOR

LV

LT

PT






Control en adelanto (“feedforward”):El lazo típico de control continuo por realimentación tipo PID toma actuación sobre el elemento final de control (variable manipulada) una vez que ha medido una perturbación en la variable a controlar que provoca un aumento del error (valor de la variable de proceso – valor de consigna).El control en adelanto trata de prever las variaciones que van a suceder en la variable a controlar, midiendo las variables que producen perturbaciones en la variable a controlar y tomando las acciones de control oportunas (sobre la variable manipulada).

PROCESOVariable Manipulada Variable controlada

CONTROLADOR

Perturbación

PROCESOVariable Manipulada

Variable Controlada

CONTROLADOR

Perturbación

Control por Realimentación Control en Adelanto






Control en adelanto (“feedforward”):Un típico control en adelanto, como mejora del típico control PID de nivel sobre un tanque (con entrada del controlador la medición de nivel y salida del controlador sobre la válvula de entrada de caudal al tanque), es introducir al controlador de nivel una entrada adicional con la medida del caudal de entrada al tanque.

El control PID se mantiene, pero la entrada de adicional que indica el caudal permite al controlador de nivel “adelantarse” ante una variación del caudal de entrada y tomar acción sobre la válvula de control antes de que la variable a controlar (nivel) haya variado (detectándose el error en el controlador de nivel). Esto redunda en un menor error de la variable de proceso a controlar (nivel) cuando este llegue a producirse (y detectarse mediante el medidor de nivel).

Control de relación (“ratio control”):Se ajusta una variable de proceso en relación a otra variable. Estas variables suelen ser caudales de fluidos. La señal del transmisor de caudal no controlado se divide por la señal del transmisor de caudal del caudal a controlar y el resultado se envía a un controlador tipo PID que actúa sobre la válvula de control del caudal a controlar.Un ejemplo típico del control de relación es la relación caudal de aire de combustión / caudal de combustible en una caldera de vapor.





Enclavamientos (interlocks) y parada de planta (shutdown)

Se especifican, uno por uno, todos los enclavamientos del sistema (definidos por la disciplina de procesos), indicando sus causas y sus efectos.Los enclavamientos aparecen todos reflejados en los P&IDs.La descripción de los enclavamientos se acompaña, a modo de resumen de tablas o diagramas causa-efecto.Se especifican también los modos de parada de la planta o sistema:

- Secuencia de parada normal- Secuencia de parada de emergencia- Otras secuencias de parada (parada en fríó, parada en caliente...etc)

Indicando causas de activación de las paradas (normalmente setas de emergencia locales o en sala de control) y sus efectos o acciones a tomar (simultáneas o secuenciales) sobre los elementos finales de control para ejecutar las paradas. La descripción de las secuencias de parada se acompaña, a modo de aclaración, de flujogramas de las secuencias.Se especifican, además, los by-pass previstos sobre las señales causa de enclavamiento o parada, de modo que se permitan tareas de operación (by-pass de operación) y mantenimiento (by-pass de mantenimiento) sobre el sistema sin que se produzca la actuación de los enclavamientos o la parada de la planta.Estos bypases pueden ser iniciados vía software (desde la consola de operación se da orden al sistema de control de ignorar la causa correspondiente de un enclavamiento) o vía hardware (pulsadores físicos con llave ubicados en sala de control o en paneles locales junto a los equipos de proceso).





Enclavamientos (interlocks) y parada de planta (shutdown)

Especificar los niveles de redundancia (doble o triple) requeridos en las señales, tanto en las señales de entrada como en las señales de salida para los enclavamientos considerados críticos para la seguridad (de acuerdo a los criterios SIS).Especificar, de acuerdo a los criterios SIS, los niveles de redundancia requeridos para el hardware de los sistemas de control donde resida la lógica de enclavamientos críticos para seguridad:

Tarjetas redundantes (con redundancia 1:1 o 1:n)CPUs redundantes (redundacia 1:1 del tipo hot stand-by o procesamiento

paralelo)Fuentes de alimentación 220Vca/24Vdc redundantes en los armarios de los sistemas de

controlAlimentación eléctrica 220Vca independiente para fuentes de alimentación redundantes

en los armarios de los sistemas de controlRedundancia en cableados de comunicaciones...etc,

Especificar los criterios de selección de voto en caso de lógicas redundantes para la actuación de los ilocks (lógica 1oo2, 2oo2 o 2oo3 ...etc).





Gráficos para las Consolas de Operación del Sistema de Control

Definición a nivel esquemático de la parte estática (diagramas en formato CAD) de los gráficos a implementar para la monitorización e interacción con el proceso desde los terminales de operación (o consolas) de los sistemas de control.La parte estática de los gráficos del sistema de control constituye una simplificación de la información reflejada en los P&IDs.Se representan tan sólo las líneas y equipos afectadas de instrumentación que llevan E/S con el sistema de control (no se representa la instrumentación ni controles locales) y otras líneas y equipos de referencia para la representación esquemática de los flujos principales de las líneas de proceso.A partir de la definición de la parte estática de los gráficos, y con el resto de la información acerca de la configuración y funcionalidad del sistema de control, se configurará, durante la etapa de implementación del software, la parte dinámica de los gráficos (visualización de variables en pantalla, cambios de consigna de controladores y actuación sobre elementos finales de control a través de la pantalla, monitorización y gestión de alarmas, etc).





Comunicación con dispositivos externos

Los sistemas de control en las plantas químicas industriales suelen ser sistemas cerrados, es decir sistemas de bus propietario, preparados básicamente para que los diferentes controladores del SCD se comuniquen entre sí, y con sus E/S.

Para permitir la comunicación de los controladores del SCD y los PLCs de otros fabricantes, los fabricantes de SCDs prevén tarjetas de interface que utilizan comunicación serie (con diferentes protocolos: Modbus, Ethernet, etc).

Para permitir la comunicación de los controladores del SCD con los sistemas de información de la planta (computadores de sistemas logísticos, sistemas de almacenamiento de datos históricos, estaciones de ingeniería, etc), los fabricantes de SCDs también prevén tarjetas de interface que suelen utilizar comunicación serie en formato ethernet.

A veces es necesario definir protocolos de comunicaciones entre diferentes sistemas.

La especificación de las comunicaciones se realiza contemplando los siguientes aspectos:

-Nivel Físico: Se especifican los niveles de las señales digitales utilizadas, soporte físico de la información, codificación de la misma, longitud de los mensajes, cableado a utilizar (coaxial/ par trenzado, fibra optica, etc), definición del pineado de los conectores, distancia máxima permitida, velocidad de los datos, topología de las conexiones de los diferentes elementos, protecciones del cableado, redundancia, alimentación de la señal, etc.





- Nivel de Enlace Red: Se especifica como ha de ser el acceso al medio (maestro/ esclavo, división de tiempo con árbitro de bus, paso de testigo...etc.), la división de los datos en tramas (formato de la información a enviar), como ha de ser la sincronización de las comunicaciones, y se gestiona la integridad de la información, el control de errores (físicos, semánticos, de protocolo, lógicos, etc) y recuperación en caso de fallos.

- Nivel de Red: Se especifica el protocolo de establecimiento, mantenimiento y terminación de la comunicación (el encaminamiento de mensajes hasta el destino es una tarea que ya gestionan las interfaces previstas por los fabricantes). Se especifican también los servicios previstos para el usuario (es decir, las funciones que proporcionará la comunicación: p. Ej. Watch-dog, broadcast, mensajes de control de aplicación, soporte para funciones de control, etc).





Esquemas de Interconexiones Eléctricas

En inglés “Terminal Connection drawings”.

Son formatos en los que se refleja, para cada uno de los cables (un par) o multicables de interconexión de la instrumentación de la planta con los sistemas de control:

- Identificación (“tag”) del cable o multicable- Armario o caja de conexionado origen del cable o multicable- Armario o caja de conexionado Destino del cable o multicable- Regletero de conexionado origen del cabel o multicable- Regletero de conexionado destino del cabel o multicable- Identificación de instrumentos (ó señales) a conectar a cada par del cable o multicable- Identificación de las bornas de conexión de cada par del cable o multicable

Estos esquemas son utilizados para el conexionado de cada cable o multicable (una vez tendidos) en cada uno de sus extremos.Como las formas de conexionado eléctrico de los instrumentos a los cables que llevan las señales a los sistemas de control son repetitivas en una planta química, se definen una serie de esquemas típicos a los que se hace referencia.









Lista de Cables

Son formatos en los que se refleja, para cada uno de los cables o multicables de interconexión de la instrumentación de la planta con los sistemas de control:

- Identificación del cable o multicable - Tipo de cable o multicable (según estandard de especificación de cables de instrumentación)

- Longitud del cable o multicable- Armario o caja de conexionado origen del cable o multicable- Armario o caja de conexionado destino del cable o multicable- Tipo de prensaestopa a instalar en el origen del cable o multicable- Tipo de prensaestopa a instalar en el destino del cable o multicable

Estos esquemas son utilizados para el tendido de cada cable o multicable.









Planos de Ruteado de Cables e Implantación de Cajas de Conexiones

Son planos, generados por la disciplina de instrumentación.Tienen como base los planos de implantación de equipos de la planta (“plot plant”) generados por la disciplina de tuberías.Representa el tendido por la planta de:

- Cables y multicables de instrumentación y de sistemas- Cables para las señales de interface entre los diferentes sistemas de control- Cables para las señales que comunican entre sí las diferentes partes de los sistemas

de control (I/O buses): controladores con tarjetas E/S, paneles locales con tarjetas de E/S...etc. - Cables de alimentación de 220Vca desde UPS hasta los elementos de los sistemas de

control e instrumentación de campo que requiera este tipo de alimentación segura

Se representan el recorrido por la planta de las diferentes bandejas (analógico/digital, solenoides, seguridad intrínseca, 220Vca UPS...etc, Buses Serie) por las que van ruteados los cables de instrumentación, indicando para cada bandeja las identificaciones de los cables que contienen.Se utilizan en durante la fase de montaje del proyecto para el tendido de los cables y multicables de instrumentación y sistemas. También reflejan la ubicación de las cajas de conexionado de campo. También reflejan los armarios (DCS, PLC...etc) que son origen o destino de estos cables y multicables.









Hojas de Datos de Instrumentos

Son generadas por la disciplina de instrumentación.Contienen lo datos necesarios para la especificación técnica de la instrumentación a comprar :

AnalizadoresDetectores de llamaConductividadDensidadVoltajeCaudalPotenciaTiempoNivelPresiónRadioactivosVelocidadTemperaturaViscosidadPesoPosiciónVálvulas de controlVálvulas de seguridadVálvulas todo-nada... Etc





Son utilizadas para la preparación de las requisiciones de oferta , como paso inicial para la compra de materiales y contratación de servicios.Los datos de proceso (valores normal, mínimo y máximo de la variable a medir, condiciones de proceso en la línea o recipiente donde se realiza la medición, ...etc) requeridos para la confección de las hojas de datos de los instrumentos son suministrados por la disciplina de procesos (hojas de datos de proceso para instrumentación).




Actividades de la Disciplina de Sistemas




5. Actividades de la Disciplina de Sistemas

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