Práctico Integrador mediante Controladores Lógicos Programables

Facultad de Ingeniería
Bioingeniería
Control Avanzado
Práctico Integrador mediante Controladores Lógicos
Programables PLC– KIT 2
SISTEMA DE CONTROL DE UN MODELO DE UNA PLANTA DE
PRETRATAMIENTO DE AGUA PARA DIÁLISIS
Objetivos
Adquirir conocimientos sobre el diseño y la validación de sistemas automatizados
utilizando PLCs.
Comprender la arquitectura de un PLC así como su forma de conexión, trabajo y
uso.
Aprender los principios básicos de programación en lenguaje de contactos (Ladder).
Analizar y realizar la automatización de un proceso similar a los utilizados en el
campo profesional del bioingeniero.
Ampliar la habilidad de interpretar hojas de datos y manuales técnicos de equipos.
Materiales utilizados
PLC Zelio SR2 B121BD
Contactores.
Electroválvulas.
Bombas de agua.
Red switch
Bidones de agua.
Kit PPA(Planta Pretratamiento de Agua)
SISTEMA DE CONTROL DE UN MODELO DE UNA PLANTA DE PRETRATAMIENTO DE AGUA PARA DIÁLISIS
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Introducción teórica
Un sistema de control utilizando un PLC es una alternativa más económica a los equipos
de automatización creados con:
-
relés industriales, asociados a funciones de automatización (contadores,
temporizadores, reloj, etc.);
tarjetas específicas electrónicas o basadas en relés.
El costo de la automatización además de su desarrollo se reduce significativamente,
mientras que se incrementa la flexibilidad del sistema.
En la automatización se ven involucrados los distintos sectores de actividad:
control de autoclaves y distintos tipos de esterilizadores; etc.
barreras de estacionamientos, puertas automáticas para control de acceso;
gestión de bombas en la distribución de agua;
climatización de locales en otros sectores;
máquinas de bordar en la industria textil;
control de calidad en industrias de manufacturas;
embalaje y acondicionamiento en la industria agroalimentaria;
lavadoras industriales, distribuidores automáticos, cadenas de lavado, en
máquinas de servicio;
control de puertas e iluminación en vehículos de transporte comunitario;
En nuestro caso utilizaremos un autómata programable o PLC para realizar el control de
una planta de pretratamiento de agua para diálisis.
Descripción del sistema
El agua para tratamientos de hemodiálisis debe ser de muy alta pureza, para ello se hace
circular el agua proveniente de la red por diferentes filtros. El sistema de tratamiento de
agua consta de dos etapas, un pre-tratamiento y el tratamiento propiamente dicho
(ósmosis inversa).
La función del pre-tratamiento es eliminar las sustancias presentes en el agua que
dañarían la membrana de ósmosis inversa, la cual es lo más importante del tratamiento.
Este pre-tratamiento consta de un filtro de arena, que elimina sustancias grandes,
partículas y suciedad; un filtro intercambiador con resinas en el cuál se intercambian el
calcio y magnesio presentes en al agua por sodio, adherido a las resinas; por último se
encuentra el filtro de carbón activado en el que se elimina el cloro.
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A medida que los filtros son utilizados, su capacidad filtrante va disminuyendo y se forman
canales en el manto por los cuales pasa el agua sin ser filtrada. Una posible alternativa
para remediar esta situación es realizarles lo que se denomina retrolavado. El retrolavado
consiste en hacer circular agua en sentido inverso al de circulación de filtrado, las
sustancias atrapadas en el manto son eliminadas al drenaje y además el manto se
reacomoda. El agua que se utiliza para el proceso de retrolavado de cada tanque es la que
proviene del tanque anterior. En el caso del primer tanque se utiliza agua de red.
En el caso de las resinas ablandadoras, que eliminan durezas quitando calcio y magnesio,
su capacidad de intercambio se va agotando, por lo que se hace circular en sentido
contrario una solución regeneradora (salmuera) así, el sodio vuelve a estar adherido a las
resinas y se elimina el calcio y el magnesio que se había pegado a ellas. Este proceso se
conoce como regeneración.
Filtros
-Filtros de sedimentación (arena): Compuesto por arena, antrocito y canto rodado que
retiene las partículas de hasta 200 micrómetros de diámetro.
-Ablandador: Compuesto por resina sintética que utiliza sodio como intercambiador
eliminando el calcio y el magnesio del agua. La resina también capta iones de hierro
evitando su depósito sobre la membrana de ósmosis inversa.
-Filtro de carbón activado: Tiene una estructura microporosa y una gran superficie. Se
basa en el principio de adsorción, proceso controlado por la velocidad de pasaje de las
moléculas orgánicas a través de los poros del filtro y limitado por el diámetro de ellas, el Cl
libre, las clamidias, las endotoxinas y las partículas orgánicas de tamaño entre 60 y 300
daltons son adsorbidas por este filtro.
-Filtro de micropartículas: Filtro de fina membrana que remueve solutos más pequeños. Es
muy efectivo para remover endotoxinas y otros organismos, como así también otros
contaminantes no cargados eléctricamente.
DESARROLLO
Utilizando el PLC Zelio SR2 B121BD y el kit de la cátedra automatizar el funcionamiento del
mismo (esto implica diseño, simulación y puesta en funcionamiento) según se
esquematiza en la siguiente imagen y se describe a continuación:
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T1: Filtro de arena
T2: Filtro de resinas
T3: Carbón activado
El sistema cuenta con una llave para encender y apagar la planta completa, si la planta no
está encendida, ninguna etapa del tratamiento podrá realizarse.
El tanque de reserva almacena el agua ya filtrada y lista para ser tratada por ósmosis
inversa. Un nivel bajo de líquido en este tanque será el disparador para el arranque de la
bomba b1, la cual se encarga de abastecer de agua a la planta. Esta bomba debe comenzar
a funcionar dos segundos después de la apertura de las válvulas v1, v2 y v7 (para evitar
que se genere demasiada presión en la tubuladuras) que permiten la circulación de agua
por los filtros para el tratamiento normal del agua. Para esto cuenta con un temporizador
electro-mecánico, el cual es controlado con la misma salida que la de las válvulas.
Cuando el nivel en el tanque de reserva llegue a cierto punto (tanque lleno) debe apagarse
b1 y con ello cerrarse las válvulas v1, v2 y v7, debido a que no se requiere filtrar más agua
hasta una nueva demanda. El sensado del nivel de líquido será continuo, las boyas de nivel
alto como bajo, será simulado con pulsadores.
El retrolavado se hará en el filtro de arena (T1), el cual durará 10 segundos, para ello se
utilizará agua proveniente del tanque de reserva por lo que debe encenderse b1 dos
segundos después de abrirse las válvulas v3 y v4 que conduce el agua al drenaje.
La regeneración debe hacerse en el filtro de resinas, cuya duración será de 10 segundos,
por lo cual se encenderá la bomba b2, que extrae de un reservorio la solución
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regeneradora. Cuando se activa b2 debe abrirse en forma conjunta la válvula v5 y la v6
que abre el paso para el drenaje.
Tanto el retrolavado como la regeneración deben poder hacerse en forma manual como
automática, en cualquier momento del día. En caso de estar en pleno tratamiento de
agua, y comience un retolavado o una regeneración (ya sea automático o intencional), el
tratamiento normal debe detenerse, realizar el retrolavado y/o la regeneración para luego
continuar con el tratamiento del agua que se estaba realizando. TENER EN CUENTA QUE
NO DEBE HABER CIRCULACIÓN DE AGUA ENTRE FILTROS, por lo cual deberán cerrarse las
válvulas correspondientes.
Al cabo de 1 minuto de funcionamiento se deben inicializar, en forma secuencial, el
retrolavado del filtro de arena seguido de la regeneración del filtro de resina para el modo
automático, no así para el modo manual ya que se este se hace de acuerdo a las
necesidades.
Para poder realizar el retrolavado y/o regeneración en forma manual se deberá pulsar el
botón correspondiente por más de cinco segundos, esto es para evitar que se pulse el
botón por accidente y se dispare el retrolavado y/o regeneración. Tanto el retrolavado
como la regeneración se deberán poder hacer simultáneamente o en distinto orden.
Bornera de conexión del kit:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Común
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
Fase B1
Neutro B2
Fase B1
Neutro B2
On-Off
Retrolavado
Regeneración
Sensor Alto
Sensor Bajo
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