T4 Enclavamientos Seguros

Control Secuencial
Tema N° 4.- Enclavamientos
4.1. Consideraciones generales para el diseño de sistemas de enclavamientos seguros.
Introducción
Debido a las situaciones peligrosas que se pueden presentar en los
procesos industriales, se hace necesario el análisis y estudio de las
mismas, con la finalidad de diseñar e implementar los
enclavamientos adecuados, que permiten establecer un control
rígido de seguridad en la planta.
Definición
Según National Fire Proteccion Association (NFPA), el
enclavamiento es un dispositivo o grupos de dispositivos que
permiten detectar un límite, una condición fuera de los límites o
prevenir procedimientos en una secuencia impropia, con la
finalidad de evitar una condición peligrosa.
Utilidad
Los enclavamientos son útiles para:
• Forzar los lazos de control en operación manual bajo ciertas
condiciones o para prohibirle al operador la entrada en modo
de operación automático, hasta que ciertas condiciones lógicas
conocidas ( ejemplo: permisivos ) se encuentren en el estado
correcto.
• Inhibir operaciones inseguras.
•
Personal de planta
Asociarse con procedimientos de arranque ( star up ) y con
secuencias ordenadas de parada ( Shut-down ).
La función del operador en cualquier sistema de enclavamiento
seguro, debe estar limitada solamente a:
• Arranque de un sistema.
• Activar pulsadores para tomar acciones de reposición
(Reset).
• Arranques y paradas de equipos.
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4.1. Consideraciones generales para el diseño de sistemas de enclavamientos seguros.
Personal de planta
( continuación )
Al operador no se le debe permitir cambios en:
Límites
• Alarmas.
• Enclavamientos.
• Tiempos de respuestas o secuencias.
Importante
Hardware
Los sistemas de enclavamientos deben ser
“a prueba de operadores”. De esta forma, se evita
la mala operación de las instalaciones físicas y los
componentes asociados a estas.
Las consideraciones a tomar en cuenta en relación al hardware
son:
1. El voltaje de las fuentes de alimentación de los instrumentos
electrónicos, debe ser el mismo que el utilizado para los
sistemas de enclavamientos.
2. Los contactos eléctricos deben ser referidos a su condición de
falla segura.
Ejemplo
Un interruptor operado mecánicamente para
generar alarma por flujo bajo, posee un contacto
normalmente abierto (NO), el cual se cerrará
cuando el flujo se encuentre por encima del punto
de referencia (normal) y se abrirá cuando el flujo
se encuentre por debajo del punto de referencia
(anormal).
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4.1. Consideraciones generales para el diseño de sistemas de enclavamientos seguros.
( continuación )
Hardware
( continuación )
Resultado
• El interruptor se comportará como un dispositivo
con falla segura debido a que en condición
normal de operación mantiene el contacto cerrado
mientras que bajo condiciones anormales de
operación lo abre.
• Cuando ocurre una falla de alimentación, el
interruptor se abrirá y producirá el mismo efecto
que se produce cuando se presenta una condición
anormal en el proceso.
3. En una señal crítica (ON / OFF), el interruptor asociado al
enclavamiento debe ser actuado por un dispositivo totalmente
independiente del alzo de control, el cual deberá poseer su
propio transmisor para enviar la señal al sistema de parada.
4. Cuando se disponga de un interruptor localizado en un
controlador, registrador u otro equipo similar, se debe tomar en
cuenta, que cualquier falla en el elemento principal, en el
mecanismo de transmisión o en el instrumento receptor, puede
general una señal falsa.
Nota
El contacto de salida de cualquiera de los
dispositivos mencionados anteriormente, debe
utilizarse solamente para indicar alarmas de
advertencia y nunca para realizar enclavamientos,
debido a los puntos de múltiple falla que
presentan esta configuración.
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4.1. Consideraciones generales para el diseño de sistemas de enclavamientos seguros.
( continuación )
Hardware
( continuación )
5. Cuando se desee un enclavamiento para iniciar o detener el paso
de algún fluido de procesos, se utiliza una válvula solenoide.
Este tipo de válvula:
• Puede fallar normalmente abierta o cerrada y se emplea
principalmente para realizar bloqueo rápido (Shut-Off) de
una tubería.
• Puede ser estar diseñada con una reposición (Reset) manual
o eléctrica, la cual deberá ser actuada antes de que la
válvula pueda retornar a su posición de operación.
Ejemplo
Caso: Alimentación de combustible para un horno.
Cuando se realiza el encendido programado de un
horno, al transcurrir un tiempo determinado, si no se
detecta la presencia de llama, la válvula cortará el
suministro de combustible con la finalidad de evitar
una explosión.
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Tema N° 4.- Enclavamientos
4.2. Diagrama lógico de enclavamiento
Definición
Los diagramas lógicos de enclavamiento son documentos que
representan de manera simbólica, todo los componentes del
sistema, tales como: interruptores, relés, indicadores visuales,
solenoides, etc. con sus correspondientes lógicas de
enclavamientos.
Ventaja
Los diagramas lógicos de enclavamiento no muestran la ubicación
física del dispositivo de control, sin embargo, combina en forma
esquemática, toda la información necesaria requerida para indicar
los diferentes dispositivos involucrados en el enclavamiento.
Símbolos
Módulos lógicos o
compuertas
Los símbolos utilizados para indicar los
enclavamientos son los estándares ISA y ANSI,
los cuales se utilizan para representar cualquier
lógica de control basada en el Hardware
empleado.
Los módulos lógicos o compuertas, representan los componentes
(relé, SCRs, etc.) de estado sólido en el cual, las entradas externas
(contactos, interruptores, etc.) actúan para dar una salida deseada.
Arreglos
Los módulos pueden ser arreglados en un orden
adecuado para describir una secuencia de eventos.
Los diagramas son de naturaleza binaria, dos
estados (ON/OFF), y suministran forma
estructurada y rigurosa ( a través de lógica
booleana) la representación de estados de
enclavamientos.
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4.2. Diagrama lógico de enclavamiento ( continuación )
Módulos lógicos o
compuertas
( continuación )
Arreglos
(continuación)
El arreglo o presentación de los diagramas
lógicos de enclavamientos consisten en ubicar:
• Todas las entradas en la parte izquierda
del diagrama.
• Todas las lógicas de enclavamiento en
la parte central del diagrama.
• Todas las salidas en la parte derecha
del diagrama.
Entradas
Representan los contactos generados, por los instrumentos
(presión, flujo, nivel, etc.) o por otro tipo de dispositivo que afecte
las secuencias lógicas.
Sección de lógica
La sección de lógica, representa en forma simbólica, las tomas de
decisión generales por el estado de las entradas y precide el
comportamiento de la salida.
Salidas
Las salidas son señales requeridas para controlar el arranque y
parada de un motor, operación de solenoides para control de
válvula, arranque de secuencias e inicio o total de paradas.
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4.2. Diagrama lógico de enclavamiento ( continuación )
Ejemplo
En el siguiente ejemplo se ilustra el uso de los enclavamientos
lógicos.
Descripción: El proceso mostrado está compuesto por una banda
transportadora para desplazar cajas. El motor M-01 hace funcionar
la banda transportadora T1, llevando las cajas hacia un
transportador T2, en el cual se encuentra una fotocélula indicadora
de acumulación ( de cajas) XS-01, éste va ser el sensor interruptor
del enclavamiento I-1 y la acción se toma sobre el motor.
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4.2. Diagrama lógico de enclavamiento ( continuación )
Ejemplo
(continuación )
Explicación: El diagrama lógico de enclavamiento, mientras XS01 esté en estado normal ( sin cajas acumuladas ) y el interruptor de
arranque activado ( automático ), se da una señal de encendido al
motor. Cuando el sensor interruptor cambia de estado ( cajas
acumuladas ) el temporizador DI espera un tiempo para que sea
liberado, es decir, para aliviar el transportador T2; si no libera en el
tiempo predeterminado, se toma la acción de parada del motor para
su buen funcionamiento.
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4.3. Tipos de enclavamientos
Enclavamiento
auto cancelado
El enclavamiento auto cancelado tiene la capacidad de habilitar el
funcionamiento normal del proceso una vez corregida la situación
de peligro, es decir, el enclavamiento se deshabilita al retornar el
sistema a condiciones de operación.
Ejemplo
En el tanque T1 cuando se detecta un nivel bajo
(LSLL-01), una alarma no mostrada indica al
operador que está ocurriendo una situación anormal
y se asume que no hay acción correctiva a tomarse,
por lo cual se inhibe la operación de la bomba PM01.
Nivel bajo LSLL - 01 en un tanque
Circuito eléctrico equivalente
Explicación • Si la PM-01 se encuentra funcionando y el nivel
se encuentra por debajo del interruptor LSSL-01,
el enclavamiento detendrá la bomba PM-01.
• Una vez que el nivel se encuentre por arriba del
interruptor LSSL-01, el enclavamiento se
cancelará, permitiendo nuevamente el arranque de
la bomba PM-01.
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Importante
Este tipo de enclavamiento es muy sencillo y de bajo costo, no de
utiliza frecuentemente debido a la desventaja que presenta, ya que
alternará entre el estado activado y un estado cancelado por
condiciones inestables del proceso alrededor del punto de
operación.
Enclavamiento
con reposición
manual
El enclavamiento con reposición resuelve el problema de
alternancia del estado activado o cancelado presente en el
enclavamiento autocancelado, al requerir una acción del operador
una vez retornada las condiciones del proceso a un estado normal.
En la siguiente se presenta el diagrama lógico para
implantar un enclavamiento con reposición manual.
Ejemplo
LSLL - 01
NC
AND
HS - 01
NO
Reposición manual
A la bomba
OR
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
con reposición
manual
( continuación )
Explicación
El interruptor LSLL-01 está normalmente cerrado,
mientras el nivel se encuentre por encima de éste.
Cuando el nivel se encuentra por debajo, el interruptor
LSLL-01 se abrirá desenergizando la compuerta AND y
por ende detendrá la boba PM-01. Al encontrarse
nuevamente el nivel por encima del interruptor LSLL01, la bomba PM-01 no arrancará hasta que el operador
no oprima el pulsador de reposición (Reset) para
reposicionar automáticamente el enclavamiento,
ubicándolo en una posición superior a la del interruptor
LSL-01 como se muestra en la siguiente figura.
Nivel bajo del tanque T1
Observación
Diagrama de enclavamiento
Con esta configuración se logra una banda diferencial
de operación , lo cual evita la alternancia del arranque
y parada de la bomba por cambios de nivel alrededor
del valor prefijado del mismo.
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento con
acción retardada
El enclavamiento de acción retardada tiene la capacidad de retardar
la señal que maneja, presentándola luego de haber transcurrido un
período de tiempo preestablecido.
Beneficio
Este tipo de eclavamiento permite:
• Eliminar las variaciones de una señal alrededor de un punto de
referencia.
• Suprimir picos ( en una señal ) momentáneos que puedan
presentarse en el proceso.
• Establecer un tiempo para tomar alguna acción prefijada.
Ejemplo
El ejemplo presentado ilustra un nivel bajo en el tanque T1 abre el
interruptor de LSLL-01, por lo tanto, la señal de salida irá a bajo
(LO). Un retardo de tiempo es incluido en el circuito y especificado
como 5 seg On, en el cual permite que la señal de salida no cambie
hasta 5 seg después.
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
con desvío
(BYPASS)
El enclavamiento con desvío es muy útil para realizar mantenimiento
de algún instrumento asociado al mismo, con la finalidad de asegurar
que éste opere confiablemente.
Importante
Es importante resaltar que el uso de este enclavamiento debe ir
acompañado con el uso de un indicador visual que alerte al operador,
que el instrumento se encuentra fuera de servicio por mantenimiento.
Ejemplo
El ejemplo muestra dos interruptores de presión ubicados en un
reactor, al desenergizarse uno de ellos, provocará una parada de
emergencia del proceso. Dichos interruptores necesitan un
mantenimiento preventivo mensual para asegurar el buen
funcionamiento y evitar las paradas de emergencia. Cuando se
requiere mantenimiento en este caso, el pulsador HS-01 es
conmutado a la posición inoperante ( BYPASS ), el cual mantiene la
continuidad eléctrica del circuito.
Diagrama del proceso
Manual del participante
Diagrama de enclavamiento
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
encadenado
serialmente
El enclavamiento encadenado serialmente se utiliza cuando se
presentan condiciones dentro de un proceso, las cuales deben
cumplirse simultáneamente para operar de manera segura.
Observación
La desviación o cualquier cambio de las condiciones, causará una
parada inmediata del proceso.
Caso típico
Un caso típico en donde se utiliza este tipo de enclavameinto es la
secuencia de encendido de un horno, en donde el cambio de una
condición o el incumplimiento de un tiempo establecido, llevan al
proceso a una condición segura, realizando la parada de
emergencia.
Ejemplo
Si al cabo del tiempo determinado para el encendido del horno,
no se detecta la presencia de llama, se cierra la válvula de
suministro de combustible, originando una parada del proceso. La
única manera de reiniciar las secuencias será reposicionando
(RESET) el interruptor asociado a esta función o reposicioanndo
la válvula de alimentación de combustible del horno.
Reset
AND
Stop
Válvula de combustible
OR
Secuencia de
parada de
emergencia
Piloto
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
encadenado
paralelamente
El enclavamiento encadenado paralelamente se utiliza en algunos
procesos en donde la desviación de uno o más parámetros pueden ser
tolerados, o en aquellos procesos que dependen de combinaciones
específicas de algunos instrumentos para la toma de decisiones.
Ejemplo
El ejemplo presenta una desviación de la
temperatura (TSH-01) o de la presión (PSH-01),
estando abierta cualquier entrada de material (LS-05,
LS-06), produce una señal de apertura de las
válvulas SV-01 y SV-03.
TSH- 01
LS- 05
AND
AND
LS- 06
OR
SV- 01
SV- 03
AND
PSH- 01
AND
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
encadenado o de
sistemas votación
El enclavamiento encadenado o de sistemas de votación es una
variación del sistema de enclavamiento paralelo. Puede ser
utilizado en situaciones en donde es muy importante asegurar la
confiabilidad de una operación, la cual depende de una sola
variable de proceso. Esto se logra, minimizando la posibilidad de
una falla, al generarse una señal falsa y por ende ejecutar una
parada de emergencia innecesaria.
Ejemplo
Supongamos que se tienen interruptores de
presión PSH-01A, PSH-01B y PSH-01C
monitoreando el cabezal de presión de una
caldera encargada de generar el vapor para el
suministro de toda la planta.
PSH- 01A
AND
PSH- 01B
AND
OR
AND
PSH- 01C
Explicación
Importante
El enclavamiento no producirán una parada de
emregencia si se presenta una falla causada por el
mal funcionamiento de uno de los instrumentos o
por la generación de una señal falsa producida
por un agente o perturbación externa.
Este sistema de enclavamiento lo utilizan los sistemas tolerantes a
fallas para ejecutar las acciones de control en el proceso y evitar
paradas de emergencia debido a la falla de alguno de sus circuitos.
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4.3. Tipos de enclavamientos ( continuación )
Enclavamiento
encadenado con
operación secuencial
El enclavamiento encadenado con operación secuencial no es
usado exclusivamente para iniciar paradas, ellos también pueden
utilizarse durante el arranque, para asegurar que ciertas
operaciones críticas sean realizadas correctamente, asegurando
que los pasos de arranque son llevados en una secuencia
predeterminada.
Ejemplo
El siguiente ejemplo indica que se requiere que la
válvula FV-01 ( falla abierta ), se cierre
completamente antes de que la válvula FV-02
( falla cerrada ) se abra.
La solenoide SV-01 se energizará ( para cerrar )
al oprimir el pulsador HS-01. El interruptor de
posición LS-01 cierra cuando la válvula FV-01
cierra. Una vez cerrada FV-01 por medio del
pulsador HS-02 se energiza SV-02, manteniendo
la condición del sistema.
HS-01
SV-01
Cierra
FV-01
OR
LS-01
Cierra cuando
FV-01 cierra
AND
SV-02
Abre
FV-02
HS-02
OR
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