3.- Sistema de control Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado El proyecto tiene como objetivo principal la automatización de la planta desaladora. Para conseguirla es necesaria la instalación de un sistema de control que principalmente permite: ➢ Recoger información del funcionamiento de la planta en tiempo real, de forma que se pueda realizar un análisis crítico y tomar medidas correctivas. ➢ Facilitar la operación de la planta por medio de la transmisión de órdenes que afectan el funcionamiento de las distintas partes de la instalación. Los equipos encargados, generalmente, de la adquisición, tratamiento y trasmisión de los diferentes datos adquiridos por los sensores son los autómatas programables o PLCs. Para llevar a cabo esta misión se ha diseñado un sistema basado en PLCs y SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos) que cumple una serie de requisitos que se detallan a continuación: 1. Regular las magnitudes críticas del proyecto, asegurando que las condiciones de trabajo de la instalación se cumplen en todo momento, es decir, que el proceso que se lleva a cabo en los distintos equipos ocurra de manera que se produzca un total de 3.000 m 3/día de agua al finalizar el tratamiento. 2. Garantizar la seguridad de la planta y de los operarios. Para cumplir este requisito es necesaria una buena gestión de alarmas y situaciones de peligro potencial, tanto para la instalación como para los operarios. 3. Arranque y parada automáticos de la planta, asegurando que en la etapa de régimen nominal el sistema de regulación funciona correctamente. 4. Integrar el sistema de automatización de forma que las variables principales sean manipulables desde el mismo puesto para un desarrollo más rápido y eficaz. La red de comunicaciones seguirá la siguiente estructura: los sensores serán los encargados de recopilar la información que será llevada al autómata donde se gestionará de manera adecuada y se enviará al SCADA para supervisar y manipular los distintos equipos en función de los datos recibidos. Sistema de control Página 19 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 2] Esquema de comunicación. Seguidamente se procede a la justificación de la instrumentación utilizada. Impulsión de agua bruta Para la impulsión de agua bruta se utilizan dos bombas. Una de las bombas es la encargada de proporcionar la energía necesaria para impulsar el agua desde el depósito de alimentación hasta el depósito de agua filtrada, pasando por una etapa de dosificación química y por la etapa de filtración gruesa (filtros de arena). Ambas bombas usan la misma línea para llegar a la filtración, la segunda bomba es utilizada para conseguir la presión necesaria de lavado, es decir, suministra agua bruta para lavar los filtros que se pierde posteriormente por la purga, por tanto, sólo entra en funcionamiento en condiciones de lavado y se mantiene en reposo el resto del tiempo. Otra de sus funciones es actuar como reserva de la bomba principal en caso de parada de ésta, evitando así una interrupción del proceso. Las bombas deben estar protegidas ante un posible vacío provocado por fallo de las válvulas en las líneas de aspiración o por falta de agua bruta. Por ello serán necesarios presostatos de baja en cada una de dichas líneas y un interruptor de nivel en el depósito. Además existe una temperatura máxima de funcionamiento de las bombas y de operación en los filtros de arena, siendo esta última mas restrictiva, 60 ºC. Se colocará un termostato de alta en el depósito para controlar también este parámetro. Sistema de control Página 20 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Dosificación de reactivos En este apartado se incluyen los procesos de coagulación, desinfección, decloración, inhibición y pos-cloración. Cada etapa cuenta con un conjunto de dos bombas dosificadoras que se encuentran instaladas en paralelo y se utilizan alternativamente, para asegurar el buen funcionamiento de las mismas, en caso de fallo de una de ellas. La dosificación de reactivos tiene una gran importancia en la obtención de la calidad de agua requerida, siendo vital asegurar que exista un nivel mínimo de solución de reactivo mediante un interruptor de bajo nivel de líquido en cada uno de los tanques. Filtros de arena La automatización de los filtros se basa principalmente en realizar un lavado de estos cuando sea necesario. Se establece que la limpieza de los filtros se lleve a cabo cuando las pérdidas de carga ascienden a 0,5 - 1 kg/cm 2. Para determinarlo se debe realizar las medidas correspondientes entre los colectores de entrada y salida de cada uno de los cuatros filtros de arena mediante presostatos diferenciales de alta. La parada del lavado se produce cuando la presión a la salida cae al valor de operación nominal, siendo necesario un presostato en la salida de cada filtro. Almacenamiento de agua filtrada y ultrafiltada Aunque la forma de operar de estas etapas difiere un poco de la impulsión de agua bruta -las bombas de agua filtrada y ultrafiltrada se encuentran instaladas en paralelo y se utilizan alternativamente- los equipos utilizados son prácticamente los mismos desde el punto de vista de su automatización. Se debe de disponer entonces de presostatos de baja en cada una de dichas líneas, un interruptor de nivel y un termostato de alta en el depósito. Filtros de cartuchos Tanto los filtros de cartuchos previos como los posteriores a la ultrafiltración funcionan del mismo modo a los filtros de arena, el principio de lavado es el mismo. Se necesita, por tanto, presostatos diferenciales de alta entre los colectores de entrada y salida de cada uno de los filtros de cartuchos y presostatos en la salida de cada filtro. Sistema de control Página 21 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Ultrafiltración Los filtros de ultrafiltración tienen restricciones de entrada en valores de pH y temperatura, pH de 2 a 11 y temperatura de 1 a 40 ºC. La limitación de pH se controla por un pH-metro a la entrada de los filtros con límite tanto inferior como superior, mientras que la de temperatura se controla por un termostato de alta también a la entrada de los filtros. Para determinar la necesidad de limpieza de los filtros, se sigue el mismo principio que en los anteriores, medir la diferencia de presión entre la entrada y salida de cada uno de los filtros de ultrafiltración mediante presostatos diferenciales. El lavado de estos filtros es mucho más complejo que los anteriores y tiene una operación basada en distintos procesos temporizados (ver Anexo 4), por ello su parada no depende de ningún presostato a la salida. Además del lavado normal, existen modos más exigentes: contralavado y limpieza química, que se usan cuando la frecuencia de lavado normal aumenta de forma considerable, ambos con sus propios tanques de dosificación de reactivos y que necesitarán también restricciones de temperatura para no dañar los filtros en las líneas de entrada a la ultrafiltración. Bombeo de alta presión Impulsa el agua ultrafiltada a los bastidores de ósmosis, estos poseen restricciones de valores de pH de 2 a 11 y se debe de verificar la ausencia cloro mediante monitorización del potencial redox. Se debe de contar un pH-metro y un medidor de potencial redox a la salida de los filtros de cartuchos de agua ultrafiltada. También es necesario proteger las bombas ante un posible vacío provocado por fallo de las válvulas en las líneas de aspiración, siendo necesarios presostatos de baja en cada una de dichas líneas. Bastidor de ósmosis inversa El principio de lavado es el mismo que en los filtros. Se necesita por tanto, presostatos diferenciales de alta entre los colectores de entrada y salida de cada uno de los filtros de cartuchos y presostatos en la salida de cada filtro. Los bastidores no pueden trabajar a una presión de operación mayor a 41 bar, por lo que se dispondrá de un presostato de alta para protegerlos. Sistema de control Página 22 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Equipo de lavado de módulos El lavado se realiza por impulsión de agua de un depósito de limpieza que procede del propio permeado de los bastidores. Esta bomba se encarga de proporcionar la presión necesaria para llegar a los bastidores de ósmosis pasando por un filtro de cartuchos. La bombas deben estar protegidas ante un posible vacío provocado por fallo de las válvulas en las líneas de aspiración o por falta de agua limpieza. Por ello será necesario un presostato de baja en dicha línea y un interruptor de nivel en el depósito. El filtro de cartuchos por el que pasa el agua de limpieza antes de lavar los bastidores, también necesitará de los instrumentos necesarios para su lavado, es decir, un presostato diferencial entre la entrada y la salida del filtro y presostato a la salida del mismo. Sistema de control Página 23 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.1.- Control Tras la explicación de como funcionan cada uno de los procesos de la instalación, los lazos de control que se proponen en este proyecto para realizar un correcto funcionamiento del sistema son los siguientes: ➢ Control del nivel de líquido en los depósitos de dosificación de reactivos El nivel de líquido en cada depósito es controlado por un sensor de nivel de baja que proporciona una señal al autómata y actúa sobre las válvulas de entrada del depósito específico. ➢ Control de parada y re-arranque de las bombas de impulsión por vacío en la aspiración Se dispone de distintos presostatos de baja presión en la admisión de todas las bombas de la instalación, que al detectar un nivel de presión por debajo del establecido provocan la parada de las bombas a las que están asociados. Una vez recuperada una presión por encima del vacío se vuelve automáticamente a la situación conveniente en ese instante. ➢ Control de inicio de lavado de los filtros Para el control de los filtros se dispone de un presostato diferencial de alta entre la línea de alimentación y salida de agua. El valor de la caída de presión necesario depende del filtro sobre el que se está trabajando y viene dado por el fabricante del mismo. Cuando se sobrepasa esa caída de presión, se proporciona una señal al autómata que actúa inmediatamente sobre la bomba de impulsión y las válvulas de entrada y salida de lavado correspondientes. ➢ Control de parada de lavado de los filtros Los filtros vuelven a su estado de filtración cuando el presostato de la línea de salida de los mismos recupera la presión de operación nominal. Instantáneamente, el autómata procede a la parada de las bombas, al cierre de las líneas de lavado y a la apertura de las válvulas de entrada a los filtros. ➢ Control de lavado de las membranas de ósmosis El ensuciamiento de las membranas viene determinado por la variación de los siguientes parámetros: caudal de permeado, conductividad, caída de presión a lo largo de los tubos de membranas o pH. Dichas variables de control activarán el circuito de lavado mediante la actuación de la válvula que permite el paso de salida del depósito de limpieza. Sistema de control Página 24 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.2.- Instrumentación La instalación cuenta inicialmente con la medida de ciertas variables como caudal, conductividad, consumo eléctrico, pH, temperatura, presión y potencial redox en diversas localizaciones de la instalación. Concretamente dispone de: – Un conductivímetro en la toma y salida de agua de cada equipo. – Un caudalímetro en la salida de cada equipo, aunque también es recomendable colocarlo en cada una de las líneas de entrada para el cálculo de la conversión por equipo. – Un contador general del consumo energético de la instalación, colocando si es necesario alguno específico en un equipo como, por ejemplo, en las bombas de impulsión de agua de alta presión cuyo consumo sea crítico para el resto de la planta. – Un pH-metro en los equipos en los que el pH pueda verse alterado por la adición de un reactivo o por el propio proceso. El pH es importante por su influencia tanto en la precipitación de sales como en la agresividad o corrosividad del agua, y en el caso de las membranas de acetato de celulosa en su hidrólisis. – Termopares para controlar la temperatura a la entrada de las membranas de ósmosis inversa. La temperatura del agua influye en el flujo de las membranas y en el rechazo de sales. – Manómetros en la entrada y salida de cada etapa de filtración y en las membranas para determinar la pérdida de carga en cada equipo y proceder a su limpieza en caso necesario. – Un medidor de potencial redox a la salida de los filtros. Dependiendo del nivel de automatización requerido, de las dimensiones de la planta y de la utilización de equipos más específicos, la medición de distintos parámetros se verá incrementada en mayor o menor medida. Lo que se pretende, en definitiva, es tener controlada en cada momento la situación de funcionamiento de las distintas partes de la instalación al menor coste posible. Aunque la instrumentación anteriormente citada contiene los parámetros básicos para una EDAR, es necesaria una mayor cantidad de información y, con ello, un número mayor de instrumentos de medida, para controlar el sistema de forma adecuada como en el caso que se trata en este proyecto. Sistema de control Página 25 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.2.1.- Situación A continuación se define la situación de cada elemento en el sistema, así como su tipo de señal. Se delimitará la instalación en cuatro zonas: captación e impulsión, pretratamiento, ósmosis inversa y pos-cloración. Tipos de señal DI (digital input) Entrada digital AI (analogue input) DO (digital output) Entrada analógica Salida digital [Tabla 1] Tipos de señales. Captación e impulsión de agua – Termostato de alta en el depósito de agua bruta (TSHD). DI. – Interruptor de nivel en el depósito de agua bruta (LSLD). DI. – Presostato de baja en la aspiración de la bomba A/B (PSL_X). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de impulsión de agua bruta (B_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida del depósito de agua bruta (VCSD). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada a la bomba A/B (VCEB_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida a la bomba A/B (VCEB_X). DO. – Alarma de alta temperatura en el depósito de agua bruta (ATSHD). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de agua bruta (ALSLD). DO. – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba A de agua bruta (APSL_X). DO. [Figura 3] Captación e impulsión. Sistema de control Página 26 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Pretratamiento Coagulación – Interruptor de bajo nivel de líquido en el depósito de coagulante (LSLDC). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de dosificación de coagulante (BDC_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida del depósito de coagulante (VBSDC). DO. – Apertura de la válvula de bola de entrada a la bomba A/B de coagulante (VBEBDC_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida a la bomba A/B de coagulante (VBSBDC_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de coagulante (VCEDC). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de coagulante (ALSLDC). DO. – Alarma de nivel alto en el depósito de coagulante (ALSHDC). DO. – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba A/B de agua bruta (APSL_X). DO. Las siguientes etapas de dosificación de reactivos (desinfección, decloración, inhibición y desinfección) no se representaran puestos que los equipos son los mismos. [Figura 4] Dosificación de coagulante. Desinfección – Interruptor de bajo nivel del líquido en el depósito de desinfectante (LSLDD). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de dosificación de desinfectante (BDD_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida del depósito de desinfectante (VBSDD). DO. – Apert. de la válvula de bola de entrada a la bomba A/B de desinfectante (VBEBDD_X). DO. Sistema de control Página 27 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado – Apert. de la válvula de bola de salida a la bomba A/B de desinfectante (VBSBDD_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de desinfectante (VCEDD). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de desinfectante (ALSLDD). DO. – Alarma de nivel alto en el depósito de desinfectante (ALSHDD). DO. Filtros de arena – Presostato diferencial de alta entre la ent. y salida del filtro de arena 1,2,3,4 (PSHD_X). DI. – Presostato de baja a la salida del filtro de arena 1,2,3,4 (PSLF_X). DI. – Apertura de la válvula de corte de entrada a los filtros de arena (VCEF). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al filtro de arena 1,2,3,4 (VCEF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida del filtro de arena 1,2,3,4 (VCSF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada de lavado del filtro 1,2,3,4 (VCELF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida de lavado del filtro 1,2,3,4 (VCSLF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada de aire del filtro 1,2,3,4 (VCEAF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida de aire del filtro 1,2,3,4 (VCSAF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de la soplante (S). DO. [Figura 5] Filtros de arena. Almacenamiento de agua filtrada – Termostato de alta en el depósito de agua filtrada (TSHDAF). DI. – Interruptor de nivel en el depósito de agua filtrada (LSLDAF). DI. Sistema de control Página 28 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado – Presostato de baja en la aspiración de la bomba A/B (PSLAF_X). DI. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de agua filtrada (VCEDAF). DO. – Puesta en marcha de la bomba A/B de impulsión de agua filtrada (BAF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida del depósito de agua filtrada (VCSDAF). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada a la bomba A/B de agua filtr. (VCEBAF_X). DO. – Apert. de la válvula de corte de salida a la bomba A/B de agua filtrada (VCSBAF_X). DO. – Alarma de alta temperatura en el depósito de agua filtrada (ATSHDAF). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de agua filtrada (ALSLDAF). DO. – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba A/B de agua filtrada (APSLAF_X). DO. [Figura 6] Depósito de agua filtrada. Decloración – Interruptor de bajo nivel de líquido en el depósito de reductor (LSLDR). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de dosificación de reductor (BDR_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida del depósito de reductor (VBSDR). DO. – Apertura de la válvula de bola de entrada a la bomba A/B de reductor (VBEBDR_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida a la bomba A/B de reductor (VBSBDR_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de reductor (VCEDR). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de reductor (ALSLDR). DO. – Alarma de nivel alto en el depósito de reductor (ALSHDR). DO. Sistema de control Página 29 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Inhibición – Interruptor de bajo nivel de líquido en el depósito de inhibidor (LSLDI). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de dosificación de inhibidor (BDI_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida del depósito de inhibidor (VBSDI). DO. – Apertura de la válvula de bola de entrada a la bomba A/B de inhibidor (VBEBDI_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida a la bomba A/B de inhibidor (VBSBDI_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de inhibidor (VCEDI). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de inhibidor (ALSLDI). DO. – Alarma de nivel alto en el depósito de inhibidor (ALSHDI). DO. Filtración sobre cartuchos previo a la ultrafiltración – Presostato diferencial entre la entr. y salida del filtro de cartuchos 1,2,3 (PSHDFC_X). DI. – Presostato de baja a la salida del filtro de cartuchos 1,2,3 (PSLFC_X). DI. – Apertura de la válvula de corte del filtro de cartuchos previo a la UF (VCFC). DO. – Apertura de la válv. de entrada del filtro de cartuchos 1,2,3 previo a la UF (VCEFC_X). DO. – Apertura de la válv. de salida del filtro de cartuchos 1,2,3 previo a la UF (VCSFC_X). DO. – Apertura de la válvula de salida de lavado del filtro 1,2,3 previo a la UF (VCSLFC_X). DO. – Apertura de la válvula de salida de aire del filtro 1,2,3 previo a la UF (VCSAFC_X). DO. – Apertura de la válvula de corte 1 del depósito de agua producto (VCEDAPB1). DO. – Apertura de la válvula de corte 2 del depósito de agua producto (VCEDAPB2). DO. – Apertura de la válvula de corte de entre el filtro de cartuchos y la UF (VCFC-UF). DO. [Figura 7] Filtración sobre cartuchos previa a la ultrafiltración. Sistema de control Página 30 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Ultrafiltración – Termostato de alta a la entrada de los filtros de ultrafiltración (TSHUF). DI. – pH-metro a la entrada de los filtros de ultrafiltración (PHUF). AI. – Presostato diferencial entre la entr. y salida del filtro de ultrafiltración 1,2 (PSHDUF_X). DI. – Termostato de alta en el depósito de agua de contralavado (TSHCLUF). DI. – Termostato de alta en el depósito de agua de limpieza química (TSHCIPUF). DI. – Puesta en marcha de la bomba de contralavado de la ultrafiltración (BCLUF). DO. – Puesta en marcha de la bomba de limpieza química de la ultrafiltración (BCIPUF). DO. – Puesta en marcha de la soplante de la ultrafiltración (SUF). DO. – Apertura de la válvula de corte del filtro de ultrafiltración 1,2 (VCUF_X). – Apertura de la válvula de corte de entrada al filtro de ultrafiltración 1,2 (VCEUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida del filtro de ultrafiltración 1,2 (VCSUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada de aire del filtro de UF 1,2 (VCEAUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida auxiliar del filtro de UF 1,2 (VCSAUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de agua UF (VCEDAUF). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de contralavado (VCEDCLUF). DO. – Apertura de la válvula de corte auxiliar del filtro de ultrafiltración 1,2 (VCAUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de la soplante de la ultrafiltración (VCSUF). DO. – Apertura de la válvula de corte de la purga del filtro de UF 1,2 (VCPUF_X). DO. – Apertura de la válv. de entrada de la bomba de contralavado de la UF (VCEBCLUF). DO. – Apertura de la válv. de salida de la bomba de contralavado de la UF (VCSBCLUF). DO. – Apert. de la válv. de salida del depósito de contralavado del filtro 1,2 (VCSDCLUF_X). DO. – Apertura de la válv. de entrada a la bomba de limpieza química de UF (VCEBCIPUF). DO. – Apertura de la válv. de salida de la bomba de limpieza química de UF (VCSBCIPUF). DO. – Apertura de la válv. de entrada al depósito de limp. química de la UF (VCEDCIPUF). DO. – Apertura de la válvula de corte de la bomba de NaOCl de la UF (VC_BNaOCl). DO. – Apertura de la válvula de corte de la bomba de NaOH de la UF (VC_BNaOH). DO. – Apertura de la válvula de corte de la bomba de HCl de la UF (VC_BHCl). DO. – Alarma de alta temperatura a la entrada de la ultrafiltración (ATSHUF). DO. – Alarma del nivel de pH a la entrada de la ultrafiltración (APHUF). DO. – Alarma de alta temperatura en el depósito de contralavado de la UF (ATSHCLUF). DO. – Alarma de alta temperatura en el depósito de limpieza química de UF (ATSHCIPUF). DO. Sistema de control Página 31 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 8] Equipo de ultrafiltración. Almacenamiento de agua ultrafiltrada – Termostato de alta en el depósito de agua filtrada (TSHDAUF). DI. – Interruptor de nivel en el depósito de agua filtrada (LSLDAUF). DI. – Presostato de baja en la aspiración de la bomba A/B (PSLAUF_X). DI. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de agua UF (VCEDAUF). DO. – Puesta en marcha de la bomba A/B de impulsión de agua UF (BAUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida del depósito de agua UF (VCSDAUF). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada a la bomba A/B de agua UF (VCEBAUF_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de salida a la bomba A/B de agua UF (VCSBAUF_X). DO. – Alarma de alta temperatura en el depósito de agua UF (ATSHDAUF). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de agua UF (ALSLDAUF). DO. – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba A/B de agua UF (APSLAUF_X). DO. Sistema de control Página 32 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 9] Depósito de agua ultrafiltrada. Filtración sobre cartuchos posterior a la ultrafiltración – Presostato diferencial entre la entr. y salida del filtro de cartuchos 1,2,3 (PSHDFC2_X). DI. – Presostato de baja a la salida del filtro de cartuchos 1,2,3 (PSLFC2_X). DI. – Apertura de la válvula de corte del filtro de cartuchos posterior a la UF (VCFC2). DO. – Apert. de la válv. de entr. del filtro de cartuchos 1,2,3 posterior a la UF (VCEFC2_X). DO. – Apert. de la válv. de salida del filtro de cartuchos 1,2,3 posterior a la UF (VCSFC2_X). DO. – Apert. de la válvula de salida de lavado del filtro 1,2,3 posterior a la UF (VCSLFC2_X). DO. – Apertura de la válvula de salida de aire del filtro 1,2,3 posterior a la UF (VCSAFC2_X). DO. Ósmosis Bombeo de alta presión – Medidor de potencial redox a la salida de los filtros de cartuchos de agua ultrafiltrada (RHAP). AI. – pH-metro a la salida de los filtros de cartuchos de agua ultrafiltrada (PHAP). AI. – Presostato de baja en la aspiración de la bomba de alta presión A/B (PSLAP_X). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de alta presión (BAP_X). DO. – Válvula de corte de entrada a la impulsión de alta presión (VCAP). DO. – Válvula de corte de entrada a la bomba A/B de alta presión (VCEBAP_X). DO. – Válvula de corte de salida de la bomba A/B de alta presión (VCSBAP_X). DO. – Válvula de corte de la purga de entrada a la impulsión de alta presión (VCPAP). DO. Sistema de control Página 33 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba A/B de alta presión (APSLAP_X). DO. – Alarma del nivel de pH a la entrada de la impulsión de alta presión (APHAP). DO. – Alarma del nivel ORP a la entrada de la impulsión de alta presión (ARHAP). DO. [Figura 10] Bombeo de alta presión. Bastidor de ósmosis inversa – Presostato diferencial de alta entre la entrada y la salida de los bastidores de ósmosis inversa (PSHDOI). DI. – Presostato de baja a la salida de los bastidores de ósmosis inversa (PSLSOI). DI. – Presostato de alta a la entrada de los bastidores de ósmosis inversa del agua de lavado (PSHOI). DI. – Válvula de corte de entrada a los bastidores de la ósmosis inversa (VCEOI). DO. – Válvula de corte de salida de los bastidores de la ósmosis inversa (VCSOI). DO. – Válvula de corte de entrada al depósito de equilibrio osmótico (VCEDEO). DO. – Válvula de corte de entrada al depósito de agua producto desde OI (VCEDAPOI). DO. – Válvula de la purga de entrada al depósito de equilibrio osmótico (VCPEDEO). DO. Sistema de control Página 34 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 11] Bastidor de ósmosis inversa. Equipo de lavado de módulos – Medidor de alta del nivel del líquido en él depósito de limpieza de ósmosis inversa (LSHDLOI). DI. – Presostato de baja en la aspiración de la bomba de lavado de los bastidores de ósmosis inversa (PSLBLOI). DI. – Presostato de baja a la salida del filtro de cartucho de lavado de los bastidores ósmosis inversa (PSLFCOI). DI. – Presostato diferencial de alta entre la entrada y la salida del filtro de cartuchos que se encarga del lavado de la ósmosis inversa (PSHDLFCOI). DI. – Puesta en marcha de la bomba de lavado de la ósmosis inversa (BLOI). DO. – Válvula de corte de entrada al depósito de limpieza de la OI (VCEDLOI). DO. – Válvula de corte de entrada a la bomba de limpieza de la OI (VCEBLOI). DO. – Válvula de corte de salida a la bomba de limpieza de la OI (VCSBLOI). DO. – Válvula de corte de entrada al filtro de cartuchos de la OI (VCEFCOI). DO. – Válvula de corte de salida al filtro de cartuchos de la OI (VCSFCOI). DO. – Válvula de corte 1 de la línea de lavado de la ósmosis inversa (VCLOI1). DO. – Válvula de corte 2 de la línea de lavado de la ósmosis inversa (VCLOI2). DO. – Válvula de corte de salida de lavado del filtro de cartuchos de la OI (VCSLFCOI). DO. – Válvula de corte de salida de aire del filtro de cartuchos de la OI (VCAFCOI). DO. – Válvula de corte de entrada de lavado a los bastidores de OI (VCELOI). DO. – Válvula de corte de salida de lavado a los bastidores de OI (VCSLOI). DO. Sistema de control Página 35 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado – Válv. de entrada al dep. de limpieza desde la línea de lavado de OI (VCEDLOI_LAV). DO. – Válvula de corte del colector de rechazo de la ósmosis inversa (VCCROI). DO. – Alarma de vacío en la aspiración de la bomba de lavado de la OI (APSLBLOI). DO. [Figura 12] Equipo de lavado de módulos. Postratamiento Pos-cloración – Interruptor de bajo nivel de líquido en el depósito de pos-cloración (LSLDP). DI. – Puesta en marcha de la bomba A/B de dosificación de pos-cloración (BDP_X). DO. – Apertura de la válvula de bola de salida del depósito de pos-cloración (VBSDP). DO. – Apert. de la válvula de bola de entrada a la bomba A/B de pos-cloración (VBEBDP_X). DO. – Apert. de la válvula de bola de salida a la bomba A/B de pos-cloración (VBSBDP_X). DO. – Apertura de la válvula de corte de entrada al depósito de pos-cloración (VCEDP). DO. – Alarma de bajo nivel en el depósito de pos-cloración (ALSLDP). DO. – Alarma de nivel alto en el depósito de pos-cloración (ALSHDP). DO. Sistema de control Página 36 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.2.2.- Descripción Se procede ahora con una descripción de los instrumentos necesarios para el control automático de la instalación, cuyos detalles se especifican en el Anexo 1 de este mismo documento. Termostatos serie CAS (CAS 178, CAS 181) Los termostatos CAS son conmutadores accionados por temperatura donde la posición de los contactos depende de la temperatura del sensor y del valor ajustado en la escala. En esta serie se ha prestado especial atención al cumplimiento de los requisitos para obtener un alto nivel de la carcasa, una estructura robusta y compacta y una gran resistencia a golpes y vibraciones. La serie CAS cuenta con un microinterruptor con conmutador unipolar (SPDT), que proporciona unas cargas eléctricas mayores (CA15: 4 A, 440 V), un mayor diferencial y un diferencial ajustable en comparación con los interruptores con sistema de contacto. La serie es idónea para utilizarse en sistemas de alarma y regulación en fábricas, instalaciones de motores diésel, compresores, centrales generadoras de electricidad y a bordo de embarcaciones [Referencia 12]. Presostatos serie KP y KPI (KP 35, KP 36, KPI 38) Los presostatos KP/KPI Danfoss se utilizan para sistemas de regulación, monitorización y alarma en la industria. Son idóneos para instalaciones en contacto con medios líquidos, medios gaseosos y aire. Los presostatos están provistos de un conmutador inversor unipolar (SPDT). El conmutador funciona de acuerdo con el ajuste del presostato y de la presión existente en la conexión de entrada [Referencia 12]. Presostato diferencial serie CAS (CAS 155) Las unidades de presostatos CAS son conmutadores controlados por presión donde la posición de los contactos depende de la presión en la conexión de entrada y del valor ajustado en la escala. En esta serie se ha prestado especial atención al cumplimiento de los requisitos para obtener un alto nivel de la carcasa, una estructura robusta y compacta y una gran resistencia a golpes y vibraciones. Puesto que coinciden en serie con los termostatos, poseen todas sus características y están enfocados al mismo ámbito de aplicación [Referencia 12]. Sistema de control Página 37 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Transmisor de pH (Jumo dTRANS pH 01) La entrada principal del JUMO dTRANS pH 01 está diseñada para medición del valor pH y de la tensión Redox. A la segunda entrada analógica (entrada de compensación) se le pueden conectar termorresistencias Pt100 o Pt1000, NTC/PTC o señales normalizadas de temperatura 0(4) ... 20 mA o 0 ... 10 V. Las dos entradas binarias se pueden utilizar como iniciadores para acciones (p.ej. HOLD, bloqueo de teclado) o también para conexiones de generadores de impulsos (p.ej. sensores de molinete) para mediciones del caudal. El display gráfico de alto contraste permite la representación de señales de entrada mediante cifras o gráfico de barras. La clara indicación de los parámetros facilita la operación de forma comprensible y segura. El aparato JUMO dTRANS pH 01 se puede utilizar como regulador de dos estados, de tres estados, de tres estados modulantes o como regulador de acción continua. Todas las salidas del regulador se pueden configurar con comportamientos P, PI, PD o PID. El software de los reguladores dispone, entre otros, de conmutación de juegos de parámetros y de módulo matemático. Para facilitar la configuración mediante PC existe la opción de suministro de un programa de instalación. El equipo se puede integrar en una red de datos mediante interfaz RS422/485 o Pro-fibus DP. La conexión eléctrica se realiza por medio de bornes atornillables [Referencia 13]. Interruptor de nivel de líquido (LS-7 Series – Type 6 Level Switch) Los interruptores de nivel Gems de montaje están diseñados para su uso en tanques y buques. Las versiones de plástico ofrecen una amplia compatibilidad con aguas, aceites y productos químicos. Nuestros cuerpos de acero inoxidable o zinc son ideales para su uso en entornos difíciles y son globalmente reconocidos bajo la regulación para contactos con alimentos. Debido a su posición horizontal y su montaje lateral utilizan un método actuación diferente a otros sensores de nivel de líquido. El principio básico, sin embargo, es el mismo: como consecuencia directa del aumento o disminución de líquido, un campo magnético se mueve en la proximidad del interruptor de láminas, causando su accionamiento [Referencia 14]. Sistema de control Página 38 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.3.- PLC Un autómata programable o PLC es un equipo electrónico que realiza la ejecución de un programa de forma cíclica. La ejecución de dichas instrucciones puede ser interrumpida momentáneamente para realizar otras tareas consideradas más prioritarias, pero el aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del programa principal. La potencia de un autómata está directamente relacionada con la velocidad de ejecución del programa y las variables tratadas. El fin de dicha ejecución es provocar el cambio dichas variables. La automatización de la planta está basada en un sólo PLC, que se encarga de la recepción de la información que proviene de los sensores y del posterior envío de la señal, bien hacia el SCADA, o bien a cada uno de los equipos que lo requieran, según las condiciones del proceso. Se han contabilizado un total de 514 E/S (Anexo 2) distribuidas en 21 módulos: 6 módulos de entradas digitales, un módulo de entradas analógicas y 14 módulos de salidas digitales. La distribución de las entradas y salidas se realiza según las distintas zonas de las plantas, de modo que, aunque no se optimiza el número de módulos utilizados, la organización del PLC es mucho más clara y sencilla de cara a futuras modificaciones o ampliaciones del sistema. 3.3.1.- Módulos de señales Entradas digitales: − Módulo 1: Captación e impulsión de agua bruta y filtros de arena − Módulo 2: Dosificación de reactivos − Módulo 3: Almacenamiento e impulsión de agua filtrada y ultrafiltrada − Módulo 4: Filtración sobre cartuchos anterior y posterior a la ultrafiltración − Módulo 5: Ultrafiltración − Módulo 6: Bombeo de alta presión, bastidor de ósmosis inversa y equipo de lavado de módulos Entradas analógicas: – Módulo 7: Conjunto de entradas analógicas Sistema de control Página 39 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Salidas digitales: − Módulo 8 y 9: Captación e impulsión de agua bruta y filtros de arena − Módulo 10: Dosificación de coagulante y desinfectante − Módulo 11: Dosificación de reductor e inhibidor − Módulo 12: Dosificación de pos-cloración − Módulo 13: Almacenamiento e impulsión de agua filtrada − Módulo 14: Almacenamiento e impulsión de agua ultrafiltrada − Módulo 15: Filtración sobre cartuchos previo a la ultrafiltración − Módulo 16: Filtración sobre cartuchos posterior a la ultrafiltración − Módulo 17, 18, 19: Ultrafiltración − Módulo 20: Bombeo de alta presión − Módulo 21: Bastidores de ósmosis inversa y equipo de lavado de módulos 3.3.2.- CPU Se ha optado por un equipo modular de la firma OMRON por cumplir los requisitos del sistema de control y por la facilidad de ampliación mediante la adición o sustitución de módulos, sin tener que sustituir el bastidor completo. El modelo de CPU elegido (CJ1G-CPU42P) permite hasta 960 E/S en un máximo de 30 módulos, lo que posibilita una posible capacidad de ampliación para futuras revisiones en la automatización. La familia de CPUs CJ incluye desde CPUs muy pequeñas para el control de máquinas o aplicaciones sencillas hasta modelos potentes y rápidos que ofrecen un control total de la máquina o instalación, capaces de gestionar hasta 2560 puntos de E/S. Esto permite modularizar o ’dividir’ la instalación en secciones lógicas sin cambiar el tipo de PLC. En cualquier CPU se puede montar cualquier unidad de E/S, lo que permite distribuir todas las funciones que necesite allí donde sean requeridas. De este modo, se reduce la cantidad de módulos distintos de los que debe tener en inventario. Es lo más avanzado en divisibilidad y escalabilidad de máquinas. Todas las CPUs admiten texto estructurado IEC61131-3 y lenguaje de diagrama de relés o contactos. La extensa biblioteca de bloques de función de Omron ayuda a reducir el esfuerzo de programación, a la vez que permite crear bloques de función propios según las necesidades específicas [Referencia 11]. Para una descripción más detallada mirar las especificaciones de todos los componentes del PLC en el Capítulo 4. Sistema de control Página 40 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.3.3.- Software de configuración El software utilizado para toda la programación de los PLCs es específico de OMRON y se suministra con el nombre de CX-Programmer. Dicho software permite crear y gestionar proyectos de automatización, así como configurar y parametrizar el hardware y la comunicación. Además, permite interactuar con el SCADA CX-Supervisor, el cual será utilizado para la supervisión del control y adquisición de datos de la planta. A continuación se presenta el procedimiento que se ha llevado a cabo para configurar e iniciar el software. Una vez se arranca el programa y se pulsa sobre el icono de creación de nuevo proyecto aparece una ventana con título Cambiar PLC (Figura 13). En la etiqueta Nombre de dispositivo se escoge el nombre con el que se identifica al PLC, al que se denominará PLC_1 aunque la automatización que se recoge en este proyecto sólo está gestionada por un sólo autómata. En Tipo de dispositivo se selecciona el modelo de CPU (en este caso, CJ1G-P). Si se despliega la lista, no aparece nuestro modelo, por lo que escogemos una serie análoga a la nuestra como es la CJ1G-H. Al pulsar sobre configuración en Tipo de CPU, se puede detallar aún más la selección: se elige la CPU42 y se acepta para volver a la pantalla anterior. La etiqueta de Tipo de red se deja por defecto, su configuración se detallará en el capítulo destinado a las comunicaciones (Capítulo 3.5). Por último, sólo queda añadir un pequeño Comentario opcional acerca del funcionamiento del programa. [Figura 13] Ventana Cambiar PLC. Sistema de control Página 41 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Al pulsar aceptar, se abre la ventana de trabajo del programa (Figura 14). A la izquierda se muestra un árbol del proyecto con los subprogramas y subtareas que componen el sistema, y a la derecha se muestra el panel donde se introduce el código de programación. En la zona inferior existe una herramienta de localización de variables. [Figura 14] Ventana de trabajo de CX-Programmer. Una vez seleccionada la CPU, se procede a la configuración del proyecto en sí. Para ello se pulsa dos veces en NuevoProyecto en el panel izquierdo. Se despliega la ventana de Propiedades del Proyecto donde se da un nombre al proyecto y en la pestaña Comentarios se hace una breve descripción del funcionamiento de éste. El nombre y comentario del proyecto debe de ser diferente del de la CPU puesto que en un proyecto se pueden insertar varias de ellas. Definidas las propiedades del proyecto cerraremos la ventana pulsando Esc y se pasa a configurar las tarjetas que se deben añadir a la CPU. En el panel izquierdo se selecciona Configurar tabla de E/S y unidad. La CPU de este proyecto permite hasta 30 módulos E/S distribuidos en tres bastidores. En este proyecto se usan tarjetas de entradas digitales ID231, entradas analógicas AD081V1 y salidas digitales OD231. Para seleccionarlas se hace doble clic sobre uno de los huecos vacíos y se elige el modelo correspondiente. Es conveniente trabajar con el esquema para hacer coincidir el número de tarjetas y los canales de entradas/salidas asignados. Sistema de control Página 42 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 15] Selección de E/S del PLC. El último paso es configurar el funcionamiento de la CPU. Para ello, se pulsa la opción Configuración en el panel izquierdo. No hace falta cambiar muchos parámetros de esta ventana (Figura 16) pues las selecciones por defecto suelen ser las óptimas, y sólo se debe cambiar la opción Modo a Monitorizar. Esta opción permitirá que tras un corte de tensión el PLC arranque en modo Monitor siguiendo con su trabajo. [Figura 16] Configuración del funcionamiento de la CPU. Sistema de control Página 43 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.3.4.- Programación La programación se encuentra totalmente detallada en el Anexo 3. El objetivo de este capítulo no es, por tanto, mostrar la programación de toda la instalación, sino realizar una transcripción de que se realiza en una sección, para poder así comprender mejor lo que ocurre en cada una de ellas. La sección escogida es la captación e impulsión de agua bruta y lavado de filtros de arena (Zona 1, Sección 1), puesto que es una de las más complejas y en ella intervienen todos los tipos de señales (Tabla 1). El lenguaje usado para realizar la transcripción es pseudocódigo nemónico, ya que es bastante claro y facilita la explicación de la programación. Nº línea Código 0 LD PM OR VCSD ANDNOT PP ANDNOT TSHD OUT VCSD 1 LD TSHD OUT ATSHD 2 LD LSLD OUT ALSLD LD VCSD OUT TR0 ANDNOT PSL_A ANDNOT RMB_A OUT VCEB_A OUT VCSB_A LD TR0 LDNOT VCEB_A ANDNOT VCSB_A LD RPSHD_1 ANDNOT VCEF_1 3 ANDNOT VCSF_1 ORLD LD RPSHD_2 ANDNOT VCEF_2 ANDNOT VCSF_2 ORLD LD RPSHD_2 ANDNOT VCEF_3 ANDNOT VCSF_3 ORLD LD RPSHD_4 ANDNOT VCEF_4 ANDNOT VCSF_4 ORLD ANDLD ANDNOT PSL_B ANDNOT RMB_B OUT VCEB_B OUT VCSB_B 4 LD PSL_A OUT APSL_A 5 LD PSL_B OUT APSL_B 6 LD VCEB_A AND VCSB_A OUT B_A 7 LD VCEB_B AND VCSB_B OUT B_B 8 LD MB_A OR RMB_A ANDNOT FMB_A OUT RMB_A 9 LD MB_B OR RMB_B ANDNOT FMB_B OUT RMB_B 10 LD B_A OR B_B AND VBSDC AND VBSDD OUT VCEF LDNOT RMF_1 LD PSHD_1 OR RPSHD_1 ANDNOT PSLF_1 AND VCSD ANDNOT 11 RPSHD_2 ANDNOT RMF_2 ANDNOT RPSHD_3 ANDNOT RMF_3 ANDNOT RPSHD_4 ANDNOT RMF_4 OUT RPSHD_1 12 LD RPSHD_1 OUT TR0 ANDNOT RMB_A AND VCEB_B AND VCSB_B OUT VCELF_1 OUT VCSLF_1 LD TR0 OUT VCEAF_1 OUT VCSAF_1 LDNOT RMF_2 LD PSHD_2 OR RPSHD_2 ANDNOT PSLF_2 AND VCSD ANDNOT 13 RPSHD_1 ANDNOT RMF_1 ANDNOT RPSHD_3 ANDNOT RMF_3 ANDNOT RPSHD_4 ANDNOT RMF_4 OUT RPSHD_2 Sistema de control Página 44 Proyecto Fin de Carrera Nº línea Juan Luis Sánchez Delgado Código LD RPSHD_2 OUT TR0 ANDNOT RMB_A AND VCEB_B AND VCSB_B OUT 14 VCELF_2 OUT VCSLF_2 LD TR0 OUT VCEAF_2 OUT VCSAF_2 LDNOT RMF_3 LD PSHD_3 OR RPSHD_3 ANDNOT PSLF_3 AND VCSD ANDNOT 15 RPSHD_1 ANDNOT RMF_1 ANDNOT RPSHD_2 ANDNOT RMF_2 ANDNOT RPSHD_4 ANDNOT RMF_4 OUT RPSHD_3 LD RPSHD_3 OUT TR0 ANDNOT RMB_A AND VCEB_B AND VCSB_B OUT 16 VCELF_3 OUT VCSLF_3 LD TR0 OUT VCEAF_3 OUT VCSAF_3 LDNOT RMF_4 LD PSHD_4 OR RPSHD_4 ANDNOT PSLF_4 AND VCSD ANDNOT 17 RPSHD_1 ANDNOT RMF_1 ANDNOT RPSHD_2 ANDNOT RMF_2 ANDNOT RPSHD_3 ANDNOT RMF_3 OUT RPSHD_4 LD RPSHD_4 OUT TR0 ANDNOT RMB_A AND VCEB_B AND VCSB_B OUT 18 VCELF_4 OUT VCSLF_4 LD TR0 OUT VCEAF_4 OUT VCSAF_4 LD VCEF OUT TR0 ANDNOT RPSHD_1 OUT VCEF_1 OUT VCSF_1 LD TR0 19 ANDNOT RPSHD_2 OUT VCEF_2 OUT VCSF_2 LD TR0 ANDNOT RPSHD_3 OUT VCEF_3 OUT VCSF_3 LD TR0 ANDNOT RPSHD_4 OUT VCEF_4 OUT VCSF_4 20 LD RPSHD_1 OR RPSHD_2 OR RPSHD_3 OR RPSHD_4 OUT VCS LD VCEAF_1 AND VCSAF_1 LD VCEAF_2 AND VCSAF_2 ORLD LD VCEAF_3 AND 21 VCSAF_3 ORLD LD VCEAF_4 AND VCSAF_1 ORLD AND VCS OUT S 22 LD VCSF_1 OR VCSF_2 OR VCSF_3 OR VCSF_4 OUT VCEDAF 23 LD MFA_1 ORNOT RMF_2 ANDNOT FMFA_1 OUT RMF_1 24 LD MFA_2 ORNOT RMF_2 ANDNOT FMFA_2 OUT RMF_2 25 LD MFA_3 ORNOT RMF_3 ANDNOT FMFA_3 OUT RMF_3 26 LD MFA_4 ORNOT RMF_4 ANDNOT FMFA_4 OUT RMF_4 27 END(001) [Tabla 2] Pseudocódigo de la captación e impulsión de agua bruta y lavado de filtros de arena. Todas las líneas siguen un formato determinado. La instrucción aparece en negrita, mientras que la señal (variable) aparece en cursiva. La descripción de cada señal se muestra en el Anexo 2. Las instrucciones tienen el siguiente significado: – LD: La señal se encuentra desactivada al comienzo de ejecución del programa. – LDNOT: Niega el resultado de la instrucción LD. – AND: Función de producto lógico. Deben cumplirse todas las condiciones para la activación de la salida. – ANDNOT: Niega el resultado de la instrucción AND. Sistema de control Página 45 Proyecto Fin de Carrera – Juan Luis Sánchez Delgado OR: Función de suma lógica. Sólo debe cumplirse una de las condiciones para la activación de la salida. – ORNOT: Niega el resultado de la instrucción OR. – OUT: Ejecución de una salida de línea. – TR0: Indica la existencia de ramificaciones en la línea de programación. Tiene la misma función que un OR. – END: Fin de la sección. En la línea 0, por tanto, se activará VCSD en caso de que se accione el contacto PM de puesta en marcha, y se desactivará si se accionan los contactos PP de parada o el termostato del depósito (TSHD) con el que se protegen las bombas y los filtros de arena. Puesto que PM es sólo un pulsador, es necesario un relé para que continúe en funcionamiento la planta cuando no esté cerrado el contacto. Por ello aparece un OR de PM con VCSD (contacto normalmente abierto). El uso de relés para que se mantenga activada la función correspondiente cuando un pulsador abre su contacto, es una estrategia bastante utilizada en la programación de autómatas en general, y de esta instalación en particular. Las líneas 1 y 2 son las líneas de las alarmas de alta temperatura y bajo nivel en el tanque, cuando las entradas TSHD y LSLD se accionen, se activarán dichas alarmas ATSHD y ALSLD (salidas digitales). La siguiente línea del programa abre o cierra las válvulas de aspiración e impulsión de las dos bombas de agua bruta. Para ello es necesario que VCSD se encuentre abierta. En caso de la bomba A, las válvulas se abren hasta que se acciona PSL_A, que indica que se está produciendo un vacío en la aspiración o RMB_A, que se activa cuando se procede al mantenimiento de dicha bomba, como se observa en la línea 8. Las válvulas de la bomba B, en cambio, se abren cuando en situación de puesta en marcha VCEB_A y VCSB_A están cerradas, lo que quiere decir que la bomba A no se encuentra en funcionamiento, o cuando se requiere el lavado de alguno de los filtros de arena, RPSHD_X, VCEF_X y VCSF_X, siendo _X uno de los filtros. Como en la bomba A, también se produce el cierre por acción de PSL_B y RMB_B. Las líneas 4 y 5 son de nuevo líneas de alarma, en este caso, muestran vacío en las líneas de aspiración de cada una de las bombas. PSL_A y PSL_B accionan APSL_A y APSL_B. Las bombas B_A y B_B son accionadas por la apertura de sus válvulas de entrada y salida, VCEB_A, VCSB_A y VCEB_B, VCSB_B respectivamente. En las líneas 8 y 9 se programa la entrada en mantenimiento de las bombas de impulsión. Cuando se acciona el pulsador de inicio de mantenimiento MB_A o MB_B, se activa el relé correspondiente, RMB_A o RMB_B, hasta que se accione la parada por medio de FMB_A o Sistema de control Página 46 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado FMB_B. En la línea 10, si se encuentran en funcionamiento cualquiera de las bombas B_A o B_B y abiertas las válvulas de dosificación de reactivos VBSDC y VBSDD, entonces se abre VCEF. Las líneas 11, 13, 15 y 17 se encargan de la activación de los relés de lavado de cada uno de los cuatro filtros (RPSHD_X). Se accionará cuando se produzca el aumento necesario de pérdida de carga (PSHD_X) si encuentra VCSD abierta. En cambio, se interrumpirá cuando el filtro se encuentre en mantenimiento (RMF_X) o cuando cualquiera de los demás filtros restantes no se encuentren en proceso de filtración, ya sea por mantenimiento o limpieza de uno de ellos, RMF_X, RPSHD_X. Las líneas 12, 14, 16 y 18 son las encargadas del propio proceso de lavado. Una vez el relé correspondiente al filtro (RPSHD_X) se encuentra activado y las válvulas de entrada y salida de la bomba B, VCEB_B y VCSB_B -que es la encargada de la impulsión para la limpieza de estos- se abren las válvulas de las líneas de lavado, VCELF_X, VCSLF_X, VCEAF_X, VCSAF_X. El lavado no se lleva a cabo si la bomba A está en mantenimiento, RMB_A, puesto que la bomba B será la encargada de impulsar el agua bruta. Si VCEF se encuentra abierta se abren automáticamente las válvulas de las líneas entrada y salida de cada uno de los filtros de arena, VCEF_X y VCSF_X. Si se activa el relé de limpieza de uno de los filtros, RPSHD_X se cierran dichas válvulas para abrir las correspondientes a las líneas de lavado, como se explica en el párrafo anterior (Línea 19). La línea 20 abre VCS cuando se activa uno de los relés de lavado (RPSHD_X). La línea 21 produce la activación de la soplante para la limpieza de los filtros (S) si se encuentran abiertas las válvulas de aire de lavado, VCEAF_X y VCSAF_X y VCS. La apertura de entrada al depósito de agua filtrada (VCEDAF) se abre automáticamente con la apertura de las válvulas de salida de los filtros (VCSF_X). En las líneas 23, 24, 25, 26 se programa la entrada en mantenimiento de los filtros de arena. Cuando se acciona el pulsador de inicio de mantenimiento (MFA_X) se activa el relé correspondiente (RMFA_X) hasta que se accione la parada por medio de FMFA_X. Por último, la línea 26 ejecuta el fin de la sección. Sistema de control Página 47 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.4.- SCADA Un sistema SCADA es una aplicación (o conjunto de aplicaciones) tipo software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la instrumentación de la planta mediante comunicación digital proporcionando una interfaz gráfica de alto nivel con el usuario. En consecuencia, se supervisa el control de la instalación y no sólo se monitorizan las variables en un instante, es decir, se puede actuar y variar las variables de control en tiempo real. Como se comentó durante el capítulo de programación del PLC, el software utilizado para la supervisión del control y adquisición de datos de la planta es el CX-Supervisor, que permite una interacción total con el CX-Programmer. Desde la pantalla del programa se domina toda la instalación, teniendo acceso a los valores de las variables críticas en el control de la planta. Estos valores son gestionados por el SCADA, generando una base de datos con toda la información necesaria para el análisis de los procesos que se llevarán a cabo. Así, el sistema SCADA tiene dos manifestaciones directas en el trabajo del operador: las pantallas de gestión del control y la base de datos de trabajo. Las pantallas de control se han diseñado de forma que se pueden llevar a cabo distintas acciones según el objetivo: – Visualización de magnitudes de proceso. – Envío de señal de activación de equipos. – Acceso a las distintas pantallas. – Seguimiento de las alarmas. En el subcapítulo 3.4.2. se explica de forma rigurosa la forma de interpretar y reconocer las señales mostradas en la pantalla de control, así como sus posibilidades de configuración. En el Anexo 4 se especifican y visualizan, entre otros detalles, cada una de las pantallas de control del SCADA junto a una descripción de las mismas. Sistema de control Página 48 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Para el acceso y manipulación del sistema se ha considerado la siguiente configuración de hardware: – Dos estaciones de trabajo para SCADA y puesto de consulta. – Una unidad DAT USB para realizar copias de seguridad. – Dos cintas de datos DAT para almacenar las copias. – Un sistema de alimentación ininterrumpida UPS. – HUB / Switch de 8 puertos Gigabit 10/100/1000 Ethernet. Se ha optado por la elección de estaciones de trabajo HP con potencia suficiente para un correcto desarrollo del software según los requerimientos dados por el fabricante del mismo. Se complementan con monitores de 23” de tipo LED con resolución de alta definición, que aseguran una mejor visualización y un menor consumo energético con respecto a los monitores convencionales LCD. Para el sistema de almacenamiento de copias de seguridad se usa una unidad DAT de la firma HP. Las unidades DAT son una solución fiable, de bajo coste, fáciles de utilizar y garantizan hasta 30 años de vida en funciones de archivado y/o 100 operaciones de copia de seguridad completas. Además ofrece una completa gama de herramientas y software HP para copias de seguridad eficaces, rápidos diagnósticos y resolución de fallos, lo que facilita enormemente dicho trabajo. Como forma de protección frente a interrupciones y perturbaciones en el suministro de la red eléctrica se ha optado por un sistema UPS de APC Schneider Electric que garantiza un suministro durante 25 minutos tras el corte de corriente y proporciona protección contra sobretensiones y picos de daño. Además permite el uso de software de gestión para obtener el máximo rendimiento de la unidad. La red local se gestiona mediante un HUB/Switch TP-Link, que permite una transferencia de alta velocidad (1000 Mbps). Proporciona un alto rendimiento y seguridad avanzada a bajo coste. Todos los elementos anteriores se encuentran junto a sus especificaciones detalladas en el Capítulo 4. Sistema de control Página 49 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.4.1.- Software de configuración En este apartado se presenta el procedimiento que se ha llevado a cabo para configurar e iniciar el software CX-Supervisor de adquisición de datos. Existen dos modos de crear un proyecto, el proyecto de edición de máquina y el proyecto CX- Supervisor Plus. El primero es una versión limitada ideal para entornos de máquina, mientras que el segundo está enfocado a instalaciones más complejas. Este último es el modo más conveniente para el sistema recogido en este proyecto. Una vez iniciado, el problema es preparar la interfaz gráfica que tendrá cada una de las pantallas del SCADA. CX-Supervisor dispone de las típicas funciones de cualquier otro software de dibujo además de una biblioteca de gráficos (Figura 17). También permite importar imágenes desde otro programa. [Figura 17] Creación del entorno gráfico. Tras personalizar el entorno gráfico hay que vincular los distintos elementos del dibujo y los botones a las marcas y salidas del PLC mediante el menú de puntos del sistema. En la ventana de puntos se observa la vinculación de las distintas variables del sistema con las señales E/S del PLC. Se puede ver el nombre de la variable, tipo de variable, Tipo E/S y dirección de memoria interna o externa asociada a cada variable. Puesto que se ha realizado la programación previamente, no es necesario volver a crear los puntos para todas las entradas y salidas Sistema de control Página 50 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado existentes, se pueden importar desde el botón rodeado en rojo de la Figura 18. [Figura 18] Ventana de edición de puntos. Una vez añadidos, es posible modificar si son necesarios los puntos importados, haciendo doble clic sobre el punto en cuestión. En este caso no es necesario ya que se han configurado correctamente durante la programación. El siguiente paso consiste en animar los equipos y líneas mediante el editor de animaciones. Para ello se tiene que asociar cada una de las animaciones a los puntos del sistema en los cuales debe activarse. Por ejemplo, para simular la apertura o el cierre de las válvulas, se añaden dos imágenes de la válvula en distinto color, de modo que, cuando se encuentra abierta se hace visible la válvula de color verde, y si está cerrada se hace con la roja. De esta forma, a medida que va avanzando el proceso se señalizan las líneas abiertas, las activaciones de las distintas válvulas y el estado de los equipos. Por último, sólo queda agregar las alarmas. Pulsando sobre el editor de alarmas se puede agregar tantas alarmas como sean convenientes. Las distintas opciones de configuración se muestran en la Figura 19. Sistema de control Página 51 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado [Figura 19] Editor de alarmas. Para que las alarmas tengan señal acústica y sean confirmadas por el operador, se debe de marcar Casilla de reconocimiento y Emitir aviso sonoro. En nuestro caso, todas las alarmas programadas son de tipo simple y de prioridad media. Para completar el último paso se debe clicar en la etiqueta Atributos de alarma y vincular cada una de ellas con el punto de sistema correspondiente. Sistema de control Página 52 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.4.2.- Descripción La idea con que se ha concebido el diseño del SCADA ha sido centralizar toda la tarea de control en un puesto de trabajo de una forma sencilla e intuitiva para el operador. En las pantallas se representan los elementos de control más destacados de las distintas zonas. La primera función es la visualización de las variables del sistema de tipo bit, se lleva a cabo con diversas animaciones vinculadas al valor de los bits de los diversos equipos. En cuanto a las magnitudes analógicas, se han diseñado unos visualizadores que escalan la señal que reciben del autómata, del tipo 0,00-100,00, y las muestran en las unidades que se especifican en la configuración. A continuación, se explica el significado del código color de los diferentes elementos de control: − Verde: El equipo se encuentra funcionando correctamente. Línea abierta y en uso. − Rojo: El equipo se encuentra en modo parada a espera de comenzar su funcionamiento. − Naranja: El equipo se encuentra en modo mantenimiento. − Amarillo: El equipo tiene alguna alarma de advertencia. Se identifica también mediante un tono acústico de alarma. La representación de los equipos coincide con la de los planos P&ID y de la descripción de la planta realizada en los antecedentes de esta misma memoria. Sólo difieren los equipos de la Tabla 2, por simplicidad. Equipo Descripción Válvula de control. Bombas de impulsión. Depósitos de dosificación de reactivos. Depósito de almacenamiento de agua: bruta, filtrada, ultrafiltrada y producto. [Tabla 3] Equipos de distinta representación. Sistema de control Página 53 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado Pulsando en cada uno de los equipos se activa la acción que realiza cada uno. Por ejemplo, pulsando la soplante, se activa o desactiva el equipo. También existen menús desplegables que muestran las distintas configuraciones, así como globos de ayuda que proporcionan el nombre completo de los equipos como se muestra en la Figura 20. [Figura 20] Pantalla de ejemplo 1. En la pantalla que se muestra en la Figura 20, se observan las líneas operativas cuando se procede al lavado del filtro de arena número 4 y el mantenimiento del filtro de arena número 3, mientras que los filtros restantes se encuentran en su modo normal de operación. En cuanto a las bombas de dosificación de reactivos, la bomba B de dosificación de coagulante (BDC_B) se encuentra en modo mantenimiento, mientras que la bomba B de dosificación de desinfectante (BDD_B) se encuentra en modo parada. También existe una alarma debido a la temperatura alcanzada en el depósito de agua filtrada. Sistema de control Página 54 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado La Figura 21 muestra la ventana de ajuste de apertura de las válvulas. En la etiqueta de nombre se muestra el nombre completo de la válvula. En la casilla de modo, existen dos opciones: manual, donde el set-point es introducido por el operador, y automático, donde el set-point viene dado por un lazo de control. La casilla de SP muestra el valor de apertura que se quiere lograr y la PV muestra el valor actual. Los comentarios muestran aclaraciones o advertencias de alguna válvula específica. Por último, marcando o desmarcando la casilla de mostrar valor podemos elegir si mostrar o no los valores de SP y PV en la pantalla principal, que se sitúan encima de la válvula correspondiente. [Figura 21] Pantalla de ejemplo 2. Sistema de control Página 55 Proyecto Fin de Carrera Juan Luis Sánchez Delgado 3.5.- Red de comunicaciones Mediante la red de comunicación se gestiona la información que los instrumentos de campo envían a las estaciones de trabajo a través del PLC y se ejecutan las órdenes programadas en el mismo. El tipo de BUS utilizado en las comunicaciones puede ser muy variado según las necesidades del sistema y del software escogido para implementar el sistema SCADA, ya que no todos los software (así como los instrumentos de campo como PLCs) pueden trabajar con todos los tipos de BUS. En la instalación existen dos tipos de redes, una red Ethernet con protocolo TCP/IP y el bus de campo del PLC bajo protocolo Modbus. El esquema de la red de comunicaciones se encuentra detallado en el Plano 3. Red Ethernet La unión entre el PLC y el centro de control se realiza a través de un bus Ethernet con protocolo de red TCP/IP que enlaza el centro de control con el puerto de red disponible en la CPU del autómata. El intercambio de información entre el PLC y el centro de control es tipo maestroesclavo, es decir, como sistema es mucho más robusto el PLC que los ordenadores del centro de control, por lo que ante un posible fallo del PC no repercutiría en el funcionamiento de la planta. Así pues, tanto PLC como las dos estaciones de trabajo se relacionan entre sí a través de una red de comunicaciones de área local soportada sobre cable Ethernet mediante un HUB que distribuye la dirección IP a cada equipo. Bus de campo El protocolo la red responde al estándar RTU MODBUS. Es un protocolo master-slave, donde el control de la comunicación lo tiene siempre el maestro, no permitiéndose mensajes espontáneos. La velocidad de transmisión se puede programar entre 300 y 19.200 Bps, y salvo indicación en contra los equipos se programan a 9.600 Bps. En nuestro caso el maestro será el PLC y los esclavos los equipos conectados al bus de campo. El maestro se encargará de comunicarse con todos los esclavos de forma cíclica. El maestro tiene la opción de programar sus mensajes de forma que, en caso de fallo de comunicación con el esclavo que corresponda, éste renvíe la petición tantas veces como sea necesaria. Por motivos de estandarización y compatibilidad, tanto del autómata como de la instrumentación, se usa para la comunicación el puerto RS-485. Sistema de control Página 56
