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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial




              Metodología para el Desarrollo de Proyectos de
              Automatización Industrial. Aplicaciones Prácticas




      Julián Sáez Mateo
      julsaez@gmail.com
      http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
                                                                                      pág. 1
Juliian Saez (julsaez@gmail.com)   http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
                 01/04/2009
Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial

                                                                                                           Índice

                                      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.




                                                                                                           pág. 2
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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial




                                                                                      Objeto del Curso




                                                                                                         pág. 3
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                                                                                           1. 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.




                                                                                                            pág. 4
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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial




                                   Introducción. El Ciclo de Vida de un
                                          Proyecto de Automatización




                                                                                        pág. 5
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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial

                                                                                        2. Introducción.
     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.



                                                                                                        pág. 6
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                                                                                                              2. Introducción.


                                                                 SISTEMAS DE
                                                                                                SISTEMAS DE
                                                                INFORMACION
                                                                                                  CONTROL

                                           TECNICAS




                                                                                         ESTRATEGIAS
                                                                                         DE CONTROL
                                                         INTEGRACION
                                                      SISTEMAS CONTROL




                                                                          INSTRUMENTACION
                                              HERRAMIENTAS                   INDUSTRIAL
                                              INFORMATICAS




                                                          EQUIPOS
                                                       INDUSTRIALES              PROCESOS
                                                                               INDUSTRIALES




                                                                                                                         pág. 7
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                                                                                           2. Introducción.



             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.




                                                                                                           pág. 8
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                                           2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.




               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).



                                                                                                       pág. 9
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                                                       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).
                                                                                                       Realización por
                                                                                                  (depende de la m agnitud del
                 Etapas                                       Fases                                       proyecto)

                              Definición y Análisis de Objetivos                                          Cliente
                              Requisición del Proyecto                                                    Cliente
                              Preparación de Ofertas                                                Empresa de Ingeniería
                              Adjudicación: Comparación de Ofertas, Adjudicación del Proyecto y
              Planificación   Realización del Pedido                                                        Cliente
                              Ingeniería Conceptual                                                 Empresa de Ingeniería
                              Ingeniería Básica                                                     Empresa de Ingeniería
                              Ingeniería de Detalle                                               Empresa de Ingeniería
                                                                                                  Empresa de Ingeniería
            Inplementación    Ejecución del Proyecto                                                (con contratistas)
                                                                                                Empresa Ingeniería - Cliente
               Entrega        Entrega Proyecto: Pre-comisionado, Comisionado y Puesta en Marcha     (con contratistas)
            Mantenimiento Mantenimiento y Modificaciones                                              A definir por Cliente
           Desmantelamiento Decomisionado                                                             A definir por Cliente




                                                                                                                                 pág. 10
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                                           2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.
           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.




                                                                                                         pág. 11
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                                                2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.
           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.




                                                                                                                   pág. 12
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                                           2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.


            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:




                                                                                                          pág. 13
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           -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


                                                                                         CAJA    INSTRU
                                                                                        CONEX.      M




                                    CONSOLA
                                      DE
                                   OPERACION




                                                                                                           pág. 14
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                                           2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización.
            -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.



                                                                                                         pág. 15
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                                                                         Ingeniería Básica e
                                                                        Ingeniería de Detalle




                                                                                                pág. 16
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                                                                                      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.



                                                                                                        pág. 17
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                                                                                      3. Ingeniería Básica
            - 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.




                                                                                                      pág. 18
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                                                                                      3. Ingeniería Básica




                                                                                                    pág. 19
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                                                                                      3. Ingeniería Básica




                                                                                                    pág. 20
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                                                                                      3. Ingeniería de Detalle
         Consiste 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.)



                                                                                                        pág. 21
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                                                                                           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.




                                                                                                             pág. 22
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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial




                                           Información de partida para la
                                                    Ingeniería de Detalle




                                                                                      pág. 23
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                                          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).




                                                                                                       pág. 24
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                   Documentos que componen el Proyecto
                                     de Automatización




                                                                                      pág. 25
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               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.




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           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.


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        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.




                                                                                                        pág. 35
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         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.




                                                                                                        pág. 37
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         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.




                                                                                                      pág. 38
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         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.




                                                                                                    pág. 40
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               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.




                                                                                                         pág. 42
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            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.




                                                                                                        pág. 44
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            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 instrumento
            Los 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.




                                                                                                         pág. 45
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         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.




                                                                                                        pág. 47
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                                   5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización
         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.




                                                                                                          pág. 48
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Especificación Funcional del Control (Apartados)

Descripción Básica del Proceso
Breve 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 Proceso
Es 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.




                                                                                                      pág. 49
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Tabla de Señales del Sistema de Control
Contiene 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




                                                                                                    pág. 50
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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.




                                                                                                        pág. 51
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- 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             Consig
                                                 F
                                                             na
                                                 C
                                        F
                                                      A    S
                                        T
                                                      I    C
                                                               A
                                                               O




                                                                                                    pág. 52
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      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 asociados
      Un 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)




                               AO
                         PC
                   AI
                                                                                                          100%
                                                                                                                   PVA             PVB
                                                                                             % APERTURA PVs
                                    NHP                                        ATM
                                               PVB              PVA                                           0%

                                                                                                                     % SALIDA PC



                                                 PT




                                                                                                                                         pág. 53
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        Estrategias de Control del Proceso
                  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.


                               LC      XS        PC




                                                                        PT

                                                                               VAPOR
                                                                  LV




                                                  LT




                                                                                                       pág. 54
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Estrategias de Control del Proceso
           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).



                                                          CONTROLADOR


                                                                                              Variable Manipulada   PROCESO
                                                            PROCESO
                                                                        Variable controlada                                          Variable Controlada
                                    Variable Manipulada

                                                                                                 CONTROLADOR

                                                              Perturbación                                                  Perturbación

                                                    Control por Realimentación                                 Control en Adelanto




                                                                                                                                                           pág. 55
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           Estrategias de Control del Proceso
                        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.




                                                                                                                      pág. 56
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         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).




                                                                                                      pág. 57
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         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
         control
                    Alimentación eléctrica 220Vca independiente para fuentes de alimentación redundantes
         en los armarios de los sistemas de control
                    Redundancia 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).




                                                                                                       pág. 58
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        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).




                                                                                                          pág. 59
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           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.




                                                                                                         pág. 60
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        - 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).




                                                                                                          pág. 61
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         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.




                                                                                                       pág. 62
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                                                                                         pág. 63
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        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.




                                                                                                     pág. 64
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           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.




                                                                                                          pág. 66
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        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 :
                          Analizadores
                          Detectores de llama
                          Conductividad
                          Densidad
                          Voltaje
                          Caudal
                          Potencia
                          Tiempo
                          Nivel
                          Presión
                          Radioactivos
                          Velocidad
                          Temperatura
                          Viscosidad
                          Peso
                          Posición
                          Válvulas de control
                          Válvulas de seguridad
                          Válvulas todo-nada
                          ... Etc




                                                                                                         pág. 68
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Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial

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                                                                                  servicios.
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                                                                                  de proceso en la línea o recipiente donde se
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Juliian Saez (julsaez@gmail.com)      http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial




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Curso proyectos de automatización industrial js

  • 1. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial. Aplicaciones Prácticas Julián Sáez Mateo julsaez@gmail.com http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez pág. 1 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez 01/04/2009
  • 2. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Índice 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. pág. 2 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 3. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Objeto del Curso pág. 3 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 4. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 1. 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. pág. 4 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 5. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Introducción. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización pág. 5 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 6. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. Introducción. 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. pág. 6 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 7. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. Introducción. SISTEMAS DE SISTEMAS DE INFORMACION CONTROL TECNICAS ESTRATEGIAS DE CONTROL INTEGRACION SISTEMAS CONTROL INSTRUMENTACION HERRAMIENTAS INDUSTRIAL INFORMATICAS EQUIPOS INDUSTRIALES PROCESOS INDUSTRIALES pág. 7 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 8. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. Introducción. 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. pág. 8 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 9. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. 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). pág. 9 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 10. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 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). Realización por (depende de la m agnitud del Etapas Fases proyecto) Definición y Análisis de Objetivos Cliente Requisición del Proyecto Cliente Preparación de Ofertas Empresa de Ingeniería Adjudicación: Comparación de Ofertas, Adjudicación del Proyecto y Planificación Realización del Pedido Cliente Ingeniería Conceptual Empresa de Ingeniería Ingeniería Básica Empresa de Ingeniería Ingeniería de Detalle Empresa de Ingeniería Empresa de Ingeniería Inplementación Ejecución del Proyecto (con contratistas) Empresa Ingeniería - Cliente Entrega Entrega Proyecto: Pre-comisionado, Comisionado y Puesta en Marcha (con contratistas) Mantenimiento Mantenimiento y Modificaciones A definir por Cliente Desmantelamiento Decomisionado A definir por Cliente pág. 10 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 11. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. 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. pág. 11 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 12. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. 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. pág. 12 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 13. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. 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: pág. 13 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 14. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. -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 CAJA INSTRU CONEX. M CONSOLA DE OPERACION pág. 14 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 15. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 2. El Ciclo de Vida de un Proyecto de Automatización. -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. pág. 15 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 16. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Ingeniería Básica e Ingeniería de Detalle pág. 16 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 17. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 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. pág. 17 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 18. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 3. Ingeniería Básica - 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. pág. 18 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 19. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 3. Ingeniería Básica pág. 19 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 20. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 3. Ingeniería Básica pág. 20 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 21. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 3. Ingeniería de Detalle Consiste 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.) pág. 21 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 22. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 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. pág. 22 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 23. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Información de partida para la Ingeniería de Detalle pág. 23 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 24. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 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). pág. 24 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 25. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 25 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 26. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 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. pág. 26 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 27. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 27 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 28. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 28 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 29. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 29 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 30. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 30 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 31. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 31 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 32. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 32 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 33. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 33 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 34. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 34 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 35. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 35 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 36. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 36 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 37. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 37 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 38. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 38 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 39. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 39 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 40. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 40 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 41. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 41 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 42. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 42 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 43. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 43 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 44. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 44 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 45. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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 instrumento Los 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. pág. 45 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 46. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 46 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 47. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 47 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 48. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 48 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 49. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización Especificación Funcional del Control (Apartados) Descripción Básica del Proceso Breve 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 Proceso Es 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. pág. 49 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 50. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización Tabla de Señales del Sistema de Control Contiene 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 pág. 50 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 51. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 51 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 52. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización - 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 Consig F na C F A S T I C A O pág. 52 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 53. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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 asociados Un 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) AO PC AI 100% PVA PVB % APERTURA PVs NHP ATM PVB PVA 0% % SALIDA PC PT pág. 53 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 54. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización Estrategias de Control del Proceso 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. LC XS PC PT VAPOR LV LT pág. 54 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 55. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización Estrategias de Control del Proceso 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). CONTROLADOR Variable Manipulada PROCESO PROCESO Variable controlada Variable Controlada Variable Manipulada CONTROLADOR Perturbación Perturbación Control por Realimentación Control en Adelanto pág. 55 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 56. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización Estrategias de Control del Proceso 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. pág. 56 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 57. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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). pág. 57 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 58. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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 control Alimentación eléctrica 220Vca independiente para fuentes de alimentación redundantes en los armarios de los sistemas de control Redundancia 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). pág. 58 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 59. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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). pág. 59 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 60. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 60 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 61. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización - 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). pág. 61 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 62. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 62 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 63. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 63 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 64. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 64 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 65. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 65 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 66. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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. pág. 66 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 67. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización pág. 67 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 68. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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 : Analizadores Detectores de llama Conductividad Densidad Voltaje Caudal Potencia Tiempo Nivel Presión Radioactivos Velocidad Temperatura Viscosidad Peso Posición Válvulas de control Válvulas de seguridad Válvulas todo-nada ... Etc pág. 68 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 69. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Documentos que componen el Proyecto de Automatización 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). pág. 69 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 70. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial Actividades de la Disciplina de Sistemas pág. 70 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez
  • 71. Metodología para el Desarrollo de Proyectos de Automatización Industrial 5. Actividades de la Disciplina de Sistemas pág. 71 Juliian Saez (julsaez@gmail.com) http://www.slideshare.net/julsaez/cv-julian-saez