Escuela superior politécnica del litoral facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación



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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
“AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE UN PROCESO DE DESTILACIÓN DE ALCOHOL CRUDO Y ETÍLICO POR MEDIO DE UN PAC ControlLogix, CON REDUNDANCIA EN CONTROL Y COMUNICACIÓN, USANDO RSLogix 5000 V16 E INTOUCH 10.0”
INFORME DE PROYECTO DE GRADUACIÓN
Previo a la obtención del Título de:

INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD ESPECIALIZACIÓN ELECTRONICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
Presentado por:

OSCAR GUILLERMO CASTRO TORRES

-NINO ISRAEL SUCUNUTA LOZADA
GUAYAQUIL-ECUADOR
Año: 2010

AGRADECIMIENTO


A Dios y a todas las personas que contribuyeron en la realización de este trabajo y especialmente al Ing. Alberto Manzur.

DEDICATORIA

A NUESTROS PADRES

FAMILIARES Y AMIGOS POR EL APOYO INCONDICIONAL

TRIBUNAL DE SUSTENTACION





Ing. Jorge Aragundi Ing.Alberto Manzur H.

SUBDECANO DE LA FIEC DIRECTOR DE PROYECTO

PRESIDENTE




Ing. Holger Cevallos.

VOCAL PRINCIPAL

DECLARACION EXPRESA


“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Grado, nos corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL”



Oscar Castro T.




Nino Sucunuta L.



RESUMEN


El proyecto comprendió en la selección, instalación y puesta en marcha de un nuevo sistema que controle automáticamente el proceso de destilación de Alcohol crudo y etílico, para la medición, control y visualización de las diferentes señales de nivel, presión, temperatura y flujo de la planta de destiladora de Alcohol crudo y etílico, de CODANA. Esto abarca en automatizar un gran número de motores y lazos PID, los cuales van a ser manejados y visualizados desde una PC ubicada en una cabina de mando y controlados desde un PAC (Controlador Autómata Programable) ubicado en la misma cabina mencionada, usando Control Redundante y Comunicación Redundante.

RESUMEN POR CAPITULO.


Capitulo 1.- En este primer capítulo se detalla el proceso de la elaboración de alcohol crudo y etílico en la empresa CODANA, se detalla desde su materia prima (vino) hasta el producto terminado (alcohol a 96.5ºGL) describiendo el funcionamiento y distribución de cada una de las columnas de destilación.


Capitulo 2.- En este capítulo nos enfocamos en la descripción detallada del sistema de control y de comunicación. Especialmente se trata sobre las características y análisis de selección del controlador (PAC Control Logix 5561), los módulos de entradas y salidas (analógica y discreta), las tarjetas de comunicación (ControlNet y Ethernet) y además de detallar lo que respecta al software de programación (RsLogix 5000), drivers de comunicación y la redundancia en comunicación.


Capitulo 3.- El monitoreo del proceso de destilación de alcohol juega un papel muy importante ya que debe ser de fácil manejo para el operador es por eso que este capítulo se lo dedicamos al programa Intouch 10.0 que es el HMI de nuestro proyecto. Se describen las pantallas de visualización del proceso y se detalla los diferentes arranques del proceso.


Capitulo 4.- Tenemos una gran cantidad de lazos PID, en los cuales vamos a manejar señales de Presión, Temperatura y Nivel, los mismos que serán detallados en este capítulo, además se detalla la instrumentación usada para el proyecto.




INDICE GENERAL

Pág.


RESUMEN…………………………………………………………………………..II

INDICE GENERAL…………………………………………………………………III

INDICE DE TABLAS……………………………………………………………….IV

INDICE DE FIGURAS……………………………………………...………………V

ABREVIATURAS…………………………………………………………………..VI

INTRODUCCION…………………………………………………………………..1


CAPITULO 1

1.- DESCRIPCION DEL PROCESO PARALA ELABORACION DE ALCOHOL……………………………………………………………………….2

1.1 Proceso de destilación de alcohol crudo y etílico……………………….2

1.1.1 Detalles generales……………………………………………………4

1.1.2 Destrozadora………………………………………………………….5

1.1.3 Rectificadora………………………………………………………….7

1.1.4 Desmetalizadora…………………………………….………………..8

1.1.5 Fusel…………………………………………………...………………8

1.1.6 Hidroselectora………………………………………………………...9

1.1.7 Sistema de Vacío…………………………………………………...10

1.2 Detalles generales………………………………………………………...10

1.3 Distribución general de las columnas………………………………12
CAPITULO 2

2.- ANALISIS Y DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL Y COMUNICACIÓN REDUNDANTE UTILIZANDO UN PAC CONTROL LOGIX 5561 MANEJADO CON EL SOFTWARE DE PROGRAMACION RSLogix 5000 V.16 ..…………………………………………………………15
2.1 Criterios para la selección del PAC CONTROL LOGIX 5561……….16

2.1.1 Configuración y arquitectura del Sistema de Control…………...17

2.1.2 Descripción de Entradas/salidas…………………………………31

2.1.3 Lenguaje de programación………………………………………..40

2.1.4 Protocolos de Comunicación manejados por ControlLogix……46

2.2 Descripción detallada de la programación utilizada para el control del sistema……………………………………………………………………...50

2.2.1 Configuración del ControlLogix utilizando el software de programación RSLogix 5000 ……………………………………51

2.2.2 Desarrollo de programación para el funcionamiento del sistema……………………………………………………………...62

2.2.3 Tipos de lenguaje utilizado en la programación………………...69

2.2.4 Configuración de tarjeta de comunicación Ethernet 1756-ENBT/A para el PAC ControlLogix 5561………………………..69

2.3 Detalle del sistema de comunicación requerido en la automatización del Proceso…………………………………………………….…………..72

2.3.1 Descripción y características de los Módulos de Comunicación 1756-CNBR/E, 1756-CN2R/A, 1794-ACN15/C para la elaboración de redes remotas ControlNet…...……………………77

2.3.2 Configuración de ControlLogix para una Red Remota ControlNet…………………………………………………………….80

2.3.3 Descripción de la Red ControlNet………………………………...81



CAPITULO 3

3.- DESCRIPCION DE MONITOREO DEL PROCESO PARA LA DESTILACION DE ALCOHOL Y COMUNICACIÓN DEL SISTEMA…...84
3.1 Descripción del programa de visualización InTouch 10.0…………….85

3.1.1 Beneficios que brinda la automatización utilizando InTouch…..88

3.1.2 Condiciones para el buen funcionamiento del sistema…………91

3.1.3 Descripción de la interface utilizada en el sistema……...………94

3.1.4 Diseño de las pantallas de visualización…………………..……100

3.2 Descripción de los diferentes tipos de arranques para la producción de alcohol de buen gusto………………………………………………..….113

3.2.1 Primer Arranque…………………………………………………...113

3.2.2 Arranque regular…………………………………………………..119

3.2.3 Parar……………………………………………………………...…121

3.2.4 Apagar……………………………………………………………...121

3.2.5 Stand by…………………………………………………………....123

CAPITULO 4

4.- INSTRUMENTACION y PID……………..…………………………………124

4.1 Introducción al controlador PID. ……………………………………….124

4.1.1 Descripción de funcionamiento del bloque de función PID…...126

4.1.2 Representación del bloque de función PID…………………….140

4.1.3 Parametrización del regulador PID ……………………………..143

4.1.4 Modalidades de servicio………………………………………….155

4.2 Instrumentación instalada en el Proceso……………………………..158

4.3 Listado de Instrumentación utilizada………………………………….167

4.4 Análisis comparativo del sistema antes y después de la implementación del proyecto………………………………………………..167

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ANEXOS

BIBLIOGRAFIA



ÍNDICE DE FIGURAS

Pag.


Figura 1.1 Esquema del proceso de destilación.......................................13

Figura 2.1 Arquitectura Básica del PAC…..……………....…..………...….16

Figura 2.2 Sistema Redundante ControlLogix...…………..……………...16

Figura 2.3 Arquitectura de Control Redundante.………....…….………....17

Figura 2.4 Chasis 4 slots ControlLogix……...…………………......….........19

Figura 2.5 Distribución de módulos en chasis.….............…………...…....19

Figura 2.6 Panel frontal del ControlLogix……………........……………..…21

Figura 2.7 Modulo de redundancia 1756-SRM…………...…………..…...24

Figura 2.8 Conexión de sensores en los modulo de entrada…………....29

Figura 2.9 Conexión de actuadores en los módulos de salida…............30

Figura 2.10 Lenguaje FBD………………………...………...…...…………....34

Figura 2.11 Lenguaje LD…………………………......………….....................35

Figura 2.12 Lenguaje ST…………………………………….......……….........36

Figura 2.13 Lenguaje SFC……………………………………….................…37

Figura 2.14 Arquitectura NetLinx………………………….......…………..….39

Figura 2.15 Ventana de configuración del CPU. …………………………..43

Figura 2.16 Ventana de propiedades del controlador………....………...…44

Figura 2.17 Ubicación de módulos en el Chasis…………………………...45

Figura 2.18 Ventana de propiedades de la tarjeta Flex 1794-IE8/B…..….46

Figura 2.19 Acceso a la Configuración de Módulos de Redundancia..…48

Figura 2.20 Estado del Modulo de Redundancia…..………………………48

Figura 2.21 Configuraciones del Modulo de Redundancia...…………….49

Figura 2.22 Sincronización del Modulo de Redundancia………..……….50

Figura 2.23 Diagrama de E/S……………………...……………………....…51

Figura 2.24 Controller Organizer………………………...……………....…...53

Figura 2.25 Ventana de creación de una rutina……………………..…......54

Figura 2.26 Funciones del Controller Organizer……………...…...…….…..55

Figura 2.27 Paso 1 ControlFLASH……………..…...……………......….……57

Figura 2.28 Paso 2 ControlFLASH………………...……………..……....…...57

Figura 2.29 Redes para Programación del PAC……………………........….58

Figura 2.30 Tarjeta 1756-ENBT/A………………………………………..........60

Figura 2.31 BOOTP/DHCP Server………………………….…..……..……....61

Figura 2.32 Ventana de configuración de la tarjeta Ethernet……...…........62

Figura 2.33 Ejemplo de topología Trunkline/Dropline………….......….........65

Figura 2.34 Calculo de Repetidores ControlNet………………..…...…….....66

Figura 2.35 Módulo de comunicación 1756-CNBR/E…………….…...........67

Figura 2.36 Módulo de comunicación 1756-CN2R/A…….……….........…...68

Figura 2.37 Módulo de comunicación 1756-ACNR15……………..…..........68

Figura 2.38 Red ControlNet Redundante……………………………...…......70

Figura 2.39 Cables y conectores usados en el Sistema…………….….......70

Figura 3.1 InTouch Application Manager……………….……………..........73

Figura 3.2 License Utility……………………………...…………….…….......78

Figura 3.3 Esquema de flujo de datos con DASABCIP……………....…...83

Figura 3.4 Symbol Factory……….....………………………….………..…....84

Figura 3.5 Pantalla de Destrozadora……………………………………......87

Figura 3.6 Pantalla de Hidroselectora………………………………............88

Figura 3.7 Pantalla de Rectificadora…………………………………...........89

Figura 3.8 Pantalla de Desmetilizadora…………………………….....….....90

Figura 3.9 Pantalla Tendencias Históricas…….…………………...............92

Figura 4.1 Lazo cerrado de control PID…………………………....……....103

Figura 4.2 Comportamiento Proporcional…………………….…........…...106

Figura 4.3 Comportamiento Integral………………………………......…...107

Figura 4.4 Bloque de Función PIDE…………………………….....…........114

Figura 4.5 Ventana de Propiedades del Bloque PIDE…………..….........119

Figura 4.6 Sensor, indicador y transmisor de temperatura…...……........132

Figura 4.7 Principio de medición de Presión del PMP75……......…........133

Figura 4.8 Transmisor de Presión PMP75………..………………….…....133

Figura 4.9 Principio de Funcionamiento del PMD75…………………….134

Figura 4.10 Transmisor de Nivel PMD75……………………………….…...135

Figura 4.11 Principio de funcionamiento del transmisor de Flujo 83F15...........................................................................................................136

Figura 4.12 Transmisor de Flujo Promass 83F15……………………........137

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.


Tabla 2.1 Características del CPU utilizado………………...………….…..22

Tabla 3.1 Valores indicativos por 15.000 lt/día de alcohol producido con vino a 8°GL…..........................................................................99

Tabla 4.1 Variables de Entrada del Bloque ......………………………….115

Tabla 4.2 Variables de Salida del Bloque PIDE………………………….116

Tabla 4.3 Modalidades de servicio………….....……………………….…126




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