Práctica - Universidad de León

PRÁCTICAS VÍA
PRÁCTICA
INTERNET
Maqueta industrial de
4 variables
Introducción al Sistema
Realizado:
Laboratorio Remoto de Automática Versión: Páginas:
(LRA-ULE)
Grupo SUPPRESS
Universidad de León
(Supervisión,
Automatización)
Control
y http://lra.unileon.es
1.0
12
0. Introducción
Para llevar a cabo la práctica es conveniente leer detenidamente todos los apartados (completos) y
posteriormente ir realizando todas aquellas tareas que se proponen,
proponen, algunas de las cuales se
realizarán de forma teórica, previas a la conexión con el sistema en modo simulación. Al finalizar
las experienciass en modo simulación se deberá enviar un informe (memoria) al profesor con los
ejercicios realizados, en el que deben incluirse también las tareas teóricas.
Para la realización de la práctica en modo simulación se tendrán que desarrollar los apartados
descritos en la sección: Tareas en modo Simulación,
Simulación del presente documento.
Para poder llevar a cabo las simulaciones, desde la zona interactiva del enlace web:"
web Laboratorio de
Automática", el alumno ha de crear una nueva cuenta de correo siguiendo las indicaciones
indica
que se
muestran en la página principal ( en la esquina inferior derecha).
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Una vez creada la cuenta correctamente, se introduce el usuario y contraseña , y así se podrá
acceder al entorno de simulación a través del " Enlace a la práctica" (Práctica
(Práctica III).
III) En función de la
versión del software instalado en cada equipo, y del navegador utilizado (preferiblemente Internet
Explorer), podrán salir los siguientes
siguient mensajes, a los cuales hay que responder con la opción
indicada:
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Finalmente se llegará al entono de desarrollo de la práctica:
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Entrega memoria
La memoria final presentada ha de ser en formato pdf, (y preferiblemente comprimida) y ha de
nombrarse de la siguiente forma:
Practica3NombreAlumnoInicialPrimerApellido
InicialPrimerApellidoInicialSegundoApellido.pdf,
es decir, un alumno
llamado Andrés Suárez Fernández entregará el archivo: "Practica3AndresSF.pdf".
.pdf". En la memoria
debe aparecer el nombre completo del alumno.
Plazos establecidos:
La fecha máxima de entrega del presente trabajo es el lunes 3 de Junio, 20133. La práctica se ha de
realizar individualmente. Se entregará vía email : a través del moodle, (Práctica 3 -> Enviar
Memoria Práctica III).
Aquellos alumno que, o bien no dispongan de ordenador personal, o tengan problemas técnicos que
no sepan solventar en la etapa de conexión con el entorno de simulación,, deben solicitar permiso
antes del viernes 24 de Mayo, para realizar la práctica en un laboratorio que se habilitará para tal
efecto. Por tratarse de un laboratorios compartido, solo se permitirá el acceso al mismo en
horarios fijos, y a un número limitado de alumnos (que se ajusten a las condiciones
mencionadas). Ponerse en contacto con jj.fuertes@unileon.es
1. Objetivos de la práctica
Los objetivos de esta práctica son los siguientes:
•
Comprender el proceso industrial,
industrial y operar sobre los sensores y actuadores de la
maqueta de 4 variables.
•
Adquirir competencias en el uso de funcionalidades
asociadas a este tipo de
plataformas.
•
Descarga y representar
presentar información de proceso a través de gráficos
gráfico (y por tanto
solventar los posibles problemas que pueden surgir).
surgir)
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Por tanto: se evaluará la capacidad resolutiva del alumno y la calidad de la memoria presentada.
presentad
El presente documento está estructurado de la
l siguiente
ente manera: en primer lugar se realiza una
descripción del sistema. Posteriormente se incluyen los diferentes experimentos que el alumno debe
realizar, y cuyos resultados deben figurar en el informe (memoria),
para superar
sup
de forma
satisfactoria la práctica.
2. Descripción del Sistema
El sistema con el que se va a trabajar es una maqueta industrial multifuncional que permite la
realización de experiencias de automatización y control sobre 4 variables: presión, temperatura,
caudal y nivel.
Fig. 1 Maqueta Industrial de 4 Variables
http://lra.unileon.es/es/content/sistemasf%C3%ADsicos/maqueta4variables
La maqueta industrial está constituida por un circuito principal de proceso y por dos circuitos de
utilidades asociados a la variable temperatura:
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•
Circuito de proceso: Diseñado para el control de cuatro variables físicas en recirculación
con flexibilidad para la interacción o independencia entre
entre ellas. Básicamente está constituido
por dos depósitos en cascada de 5 y 6,5 litros de capacidad asociados a los lazos de control
de nivel. La recirculación se realiza mediante un circuito de bombeo, desde el depósito
inferior al superior, impulsado por una
una bomba centrífuga con accionamiento a velocidad
variable. Una característica importante es que el llenado se realiza por la parte inferior y por
lo tanto nunca a presión atmosférica. La maqueta incorpora la instrumentación necesaria
para implementar los lazos de control de presión, caudal, nivel y temperatura del fluido de
proceso.
•
Circuito calentamiento: Es el encargado de producir y almacenar agua caliente mediante
resistencias eléctricas con accionamiento variable estático. La transferencia de calor al
proceso se realiza mediante un intercambiador de placas de alto rendimiento que
proporciona una gran transferencia térmica y una enorme reducción del espacio ocupado a
igual potencia de intercambio frente a los tradicionales intercambiadores tubulares.
Mediante
diante una válvula de tres vías neumática, se regula el caudal de agua caliente y por lo
tanto la transferencia de calor al proceso.
•
Circuito de enfriamiento de agua: Proporciona la capacidad de reducir la temperatura del
proceso utilizando agua de red como
como fuente. La transferencia de calor al proceso se realiza
mediante un intercambiador de placas de similares características al de agua caliente,
estando la regulación encomendada a una válvula neumática de dos vías.
Estos 3 circuitos están montados sobre un
u panel de acero inoxidable de 150x170 cm en el que en su
parte posterior se sitúa el armario eléctrico.
El esquema funcional del proceso está representado en la Figura 2.
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Fig. 2 Diagrama Funcional del Proceso
En función de la instrumentación que lleva incorporada la maqueta, las variables que se pueden
manejar son las indicadas en la Tabla 1.
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Tabla 1 Variables de la Maqueta Industrial
Además de estas variables, se incorporan otras que son consecuencia
consecuencia de ellas y que se refieren a las
acciones que se toman y sus confirmaciones, siendo necesarias para garantizar el perfecto
funcionamiento de los actuadores. Su relación se detalla en la Tabla 2.
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Tabla 2 Variables Adicionales de la Maqueta Industrial, Acciones y Confirmaciones
Para designar y representar los diferentes elementos de que consta la planta, se han adoptado las
normas de la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA), concretamente la Norma ISA-S5.1-84,
ISA
que es prácticamente
camente un estándar de facto en las industrias y que además facilita la asignación de
códigos y la simbología para los accionamientos, instrumentos de medida y control, y sistemas
auxiliares. Con esta norma, se obtiene una etiqueta identificadora denominada
denominad TAG, que consta de
dos partes: la primera formada por letras, en mayúsculas y hasta un número de 4, que identifica la
funcionalidad; la segunda, formada por números que identifican el sistema, circuito o bucle donde
se ubica el elemento.
Para la representación
tación de las variables de la planta, se ha seguido la codificación
codifica
indicada en la
Tabla 3.
Tabla 3 Codificación de las Variables según la Norma ISA-S5.1-84
ISA
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2.1 Descripción del Circuito de Proceso
El circuito está diseñado para implementar lazos de control sobre las cuatro variables físicas
implicadas (temperatura, caudal, presión y nivel) de forma independiente o conjunta. Accionando la
bomba
ba P02 comienza a circular el líquido
líquido de proceso en sentido horario, impulsando el líquido
líquid
hacia el depósito superior D03, produciéndose el llenado del mismo por la parte inferior y por lo
tanto a una presión distinta de la presión atmosférica. La válvula eléctrica de proceso permite
regular el caudal de líquido que circula por este circuito. La electroválvula entre tanques abre o
cierra la comunicación entre el tanque D03 y D04. Los intercambiadores I01 e I02 enlazan el
circuito de proceso con el de calentamiento y enfriamiento para aumentar o disminuir la
temperatura del líquido de proceso.
Fig. 3 Circuito de Proceso
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Los transmisores y actuadores que constituyen el circuito de proceso son los siguientes:
Tabla 4 Transmisores y Actuadores del Circuito de Proceso
2.2 Descripción del Circuito de Calentamiento
Este circuito está diseñado para implementar un lazo de control sobre la variable temperatura y
regular el aporte de calor al circuito de proceso. Accionando la bomba P01 el líquido comienza a
moverse en sentido horario. Una vez que
que el líquido está circulando, se puede comenzar a calentar
actuando sobre el controlador de las resistencias. Por medio de la válvula de tres vías se regula el
caudal de agua caliente que entra al intercambiador I01 y por lo tanto el flujo de calor aportado
aporta al
circuito de proceso.
Fig. 4 Circuito de Calentamiento
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Los transmisores y actuadores que constituyen el circuito de calentamiento son los siguientes:
Tabla 5 Transmisores y Actuadores del Circuito de
d Calentamiento
2.3 Descripción del Circuito de Enfriamiento
Este circuito permite regular, mediante una válvula neumática de 2 vías el caudal de agua fría que
entra al intercambiador I02 y por lo tanto el flujo de frío aportado al proceso.
Fig. 5 Circuito de Enfriamiento
Los transmisores y actuadores que constituyen el circuito de enfriamiento son los siguientes:
Tabla 6 Transmisores y Actuadores del Circuito de Enfriamiento
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3. Tareas Teóricas (previas a la experimentación)
En este apartado se exponen una serie de tareas, previas a la realización de las experiencias
prácticas, con el objetivo fundamental de entender
ntender el funcionamiento de la maqueta industrial
de 4 variables (nivel, temperatura, caudal
c
y presión) antes de acometer experiencias de
control sobre ella.
Para llevar a cabo este estudio se deben realizar las siguientes tareas:
•
Entender el diagrama funcional del proceso de la Figura 2, reconociendo todos los
sensores y actuadores que aparecen en el esquema con los transmisores y actuadores
industriales reales de la maqueta industrial (Figura 1).
1
•
Leer el manual de manejo de la Interfaz , y el anexo 3.
En la memoria de la práctica se ha de responder a las siguientes cuestiones correspondientes a la
parte teórica:
1) Buscar información adicional para responder las siguientes cuestiones:
¿Qué es un diagrama " piping and instrumentation diagram/drawing (P&ID) ," también llamados
" Process and Instrument diagrams -P&IDs" ? (1 puntos)
2) Al representar/diseñar
epresentar/diseñar un P&ID, ¿ se
se respetan las escalas de los componentes? (1 punto)
3) ¿Con qué símbolos se representan las señales eléctricas en un P&ID? ¿Y las neumáticas? (1
punto)
4) ¿Qué significan estos símbolos? (1 punto)
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5) Tras leer atentamente el Anexo 3 completo, respóndase: ¿Cómo sería el TAG (etiqueta) y
símbolo de un instrumento con estas características:? (1 puntos)
" Transmisor de nivel utilizado para medir la presión de un gas, instalado
instalado en el lazo de control
nº 32. Enn este lazo ya existían otros dos elementos con la misma identificación funcional. Es un
instrumento discreto, instalado en campo."
campo.
4. Tareas en Modo Simulación
En este apartado se describen cada uno de los experimentos de laboratorio que el alumno debe
realizar en modo simulación, de manera que,
que de cada uno de ellos deberá incluir la experiencia
experienci
llevada a cabo en la memoria que se envíe
env al profesor al finalizar las distintas partes de la práctica.
Con este primer
rimer experimento se pretende que el alumno se familiarice con la aplicación,
aplicación e interactúe
con el interfaz. El objetivo de este apartado es entender el funcionamiento de la maqueta industrial.
Para ello se proponen una serie de experiencias de manejo de los
los actuadores y transmisores de la
maqueta.
http://lra.unileon.es/es/simulaci%C3%B3nmaqueta4variableslazoabierto
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Interfaz con el que se ha de llevar a cabo las tareas en modo simulación.
4.1 Lazo de control de nivel
La experiencia consistirá en observar cómo se comporta el nivel del tanque superior cambiando los
valores de entrada del convertidor de la bomba P02.. En este primer apartado el esquema de trabajo
es:
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Fig. 6 Diagrama de bloques de Control de Nivel en cadena abierta
Los pasos a realizar son los siguientes:
siguientes
1. Pulsar el botón Ejecutar para iniciar la simulación.
2. Laa electroválvula entre tanques ha de estar abierta, con el objetivo de garantizar la
conexión entre los dos tanques del circuito de proceso. Manipular el caudal suministrado
sumi
por la
bomba dando valores de consigna al variador de 20%, 50% y 90% (utilizando
utilizando para ello la barra de
deslizamiento,, o para una mayor precisión, introducir
introdu la consigna en la casilla correspondiente).
correspondiente)
Observar que para valores bajos del convertidor frecuencia, el caudal suministrado por la bomba
hace que el nivel en el tanque se mantenga en valores mínimos. Para valores intermedios el nivel
del tanque alcanza una altura constante y para valores altos el caudal suministrado hace que el
tanque rebose. Anotar los valores del nivel alcanzado, los tiempos de estabilización o los tiempos de
rebosamiento según sea el caso.. (Tiempo de simulación: entre 120 y 140 segundos). Incluir en la
memoria de la práctica esos valores (para cada caso),
caso) junto a las capturas de pantalla de cada
caso.
3. Cerrar la electroválvula entre tanques.
tanques Manipular el caudal sumini
nistrado por la bomba
dando consignas del: 20%, 50%, 90% al convertidor de frecuencia (Pulsar
Pulsar los botones de Reiniciar
y Ejecutar para iniciar cada nueva simulación.)
simulación.
3.1 Anotar los tiempos de rebosamiento para cada uno de los casos. (Tiempo de simulación:
entre 120 y 140 segundos). Incluir en la memoria de la práctica esos valores (para cada caso)
junto a las capturas de pantalla de cada caso
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3.2 Descargar los datos del apartado 3, y representar la variable nivel (eje vertical) en los
tres casos, en tres gráfico. En el eje horizontal representad tiempo, hasta 120 segundos.
segundos (Por
ejemplo, mediante Excel *). Incluir las gráficas en la memoria.
(2,5 puntos)
4.2 Lazo de control de Temperatura
La experiencia consistirá en observar cómo se comporta la variable temperatura de proceso en la
maqueta industrial. Para manipular esta variable intervienen los circuitos de calentamiento y
enfriamiento. Para aumentar la temperatura del circuito de proceso es necesario un aporte de calor
desde una fuente con temperatura superior (circuito de calentamiento). Para disminuir la
temperatura de proceso se necesita un aporte de frío a través del intercambiador desde la fuente de
frío (circuito de enfriamiento). En el lazo de control de temperatura se utilizará la válvula de tres
vías del circuito de calentamiento como actuador. La válvula de dos vías del circuito de frío se
utilizará para introducir perturbaciones en la temperatura de proceso. En este apartado el esquema
de trabajo es:
Fig. 7 Diagrama de bloques de Control de Temperatura en cadena abierta
Para analizar el comportamiento del sistema en cadena abierta se realizarán los siguientes pasos:
1. Pulsar los botones de Reiniciar
Re
y Ejecutar para iniciar cada nueva simulación.
2.
Comprobar que la válvula de tres vías está cerrada para que no se produzca intercambio
de calor entre el circuito de calentamiento y el circuito de proceso. Comprobar que la válvula de dos
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vías del circuito de enfriamiento está cerrada para que no se produzca intercambio de frío entre el
circuito de enfriamiento y el circuito de proceso.
3. Inicializar el circuito de calentamiento. Activar las resistencias al 100%. Al realizar esta
acción arranca de forma automática y transparente para el usuario la bomba de recirculación del
circuito de calentamiento y las resistencias suministran la máxima potencia. También se debe de
activar el convertidor de la bomba P02:
P02 al 60% por ejemplo, para que circule el líquido de proceso
por el intercambiador I01. Electroválvula
lectroválvula entre tanques cerrada. 3.1) Calcular/anotar
Calcular
el tiempo que
tarda la temperatura del circuito
rcuito de calentamiento en alcanzar los 40ºC aproximadamente. 3.2)
Anotar la temperatura del proceso,
proceso cuando se estabiliza la temperatura
del circuito de
calentamiento (aproximadamente a las 350 segundos). Incluir en la memoria de la práctica esos
dos valores 3.1) y 3.2) junto a las capturas de pantalla de cada caso.
4.. En el lazo de control de temperatura,
temperatura el actuador es la válvula de tres vías,
vías cuya apertura
suministra caudal de agua caliente desde la fuente de calor al circuito de proceso,
proceso a través del
intercambiador. Manipular el caudal suministrado por la válvula dando una consigna de valor 50%.
Activar el convertidor de la bomba P02 al 60%.
60% Electroválvula
lectroválvula entre tanques cerrada. Activar las
resistencias al 100. 4.1) Comparar la temperatura de proceso en estas condiciones, con la del caso
anterior (apartado 3.2),
), cuando ambas se han estabilizado (aproximadamente a las 350 segundos).
4.2) ¿Qué conclusión se puede extraer al comparar la temperatura de proceso en los dos casos?.
casos?
4.3) Anotar el tiempo que tarda el líquido de proceso en alcanzar los 26º . Incluir en la memoria:
las capturas de pantalla 4.1) y 4.3),
4.3) las temperaturas de proceso, las conclusiones 4.2)
y
tiempos pedidos 4.3).
5.. Cerrar la válvula de tres vías. Abrir la válvula de dos vías del circuito de enfriamiento al
100%. Electroválvula
lectroválvula entre tanques cerrada. Activar el convertidor de la bomba P02 al 60% .
5.1) Comparar la temperatura de proceso en estas condiciones, con
con la del caso anterior (apartado
4.1),
), cuando ambas se han estabilizado (aproximadamente a las 350 segundos). 5.2) ¿Qué
conclusión se puede extraer al comparar la temperatura de proceso en los dos casos?. Incluir en la
memoria: las capturas de pantalla 5.1) y las conclusiones 5.2) .
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6.. Repetir los apartados 4 y 5: con una apertura de la válvula de tres vías del 100% y
resistencias al 100% en el apartado 4.
4 ( Y por tanto, incluir
ncluir en la memoria lo exigido en los
puntos 4 y 5 con las condiciones exigidas en el 6).
6.1. Descargar los datos del apartado 6 (la simulación propuesta en los puntos 4 y 5 con
las condiciones exigidas en el 6)
6 , y representar las variables: Temperatura agua caliente y nivel
(eje vertical), cada una en un gráfico distinto . En el eje horizontal representad tiempos, hasta 200
segundos.. (Por ejemplo, mediante Excel *). Incluir las gráficas en la memoria.
memoria
(2,5 puntos)
* Nota. Sii se utiliza Excel para la representación de los gráficos, se recomienda tener en
cuenta las siguientes consideracion
sideraciones para evitar problemas con la conversión de las cifras
decimales:
1) Guardar el archivo de datos descargados en formato .txt (por ejemplo con el Bloc de
Notas).
2) Al importarlo desde Excel,
Excel, considerar como separadores "punto y coma". En la
configuración avanzada de importación
importaci de texto: considerar
onsiderar como separador decimal: , (" la coma")
y como separador de miles:
( "el campo vacio").
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