Andrés Felipe Suárez Corredor, Fabián Rolando … · Paipa Thermoelectric Company, Boyacá, Colombia. On ... (figura 4) que atrae los componentes metálicos no detectados por el

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Vol. 10 No. 1, Julio de 2010

I +D Vol. 10, No. 1, Julio de 2010. 46 - 542

1. INTRODUCCIÓN

ste documento busca establecer la situación actual dela operación del sistema de llenado de las tolvas decarbón de las unidades I, II y III Termopaipa en la

Empresa Generadora de Energía de Boyacá partiendo desdela alimentación de carbón de patio, hasta el depósito del carbónen cada una de las tolvas presentes para cada unidad (GENSAS.A., 2005). A partir de este diagnostico del proceso seproponen las soluciones de instrumentación y control conel ánimo de optimizar el sistema desde el punto de vista dereducción de tiempos de proceso, seguridad de operación,reducción de costos por paradas y perdidas de material, asícomo el mejoramiento de la calidad del sistema, mediante eldiseño de la automatización del mismo, la cual permitirá que elproceso de llenado sea más seguro, rápido y confiables.

E2. DESCRIPCIÓN Y DIAGNÓSTICO

DEL PROCESO DE LLENADO

El proceso se divide en tres subprocesos, los cuales sondenominados Unidad 1 (U1), Unidad 3 (U3) y T5 (figura 1),cada uno de estos tiene su operación normal tanto de arranquecomo de parada por medio de pulsadores de mando local,los cuales se encuentran ubicados cerca de su respectivosubproceso, estos pulsadores están enclavados para garantizaruna secuencia lógica previamente definida por el personal querealizó la instalación para condiciones de proceso y deseguridad (GENSAS.A., 2008).

También está instalado a lo largo de todas las bandas detransporte de carbón un sistema de seguridad tipo interruptorque es accionado al halar una cuerda sujetada a las mismas; estesistema desenergiza todos los dispositivos implícitos en elproceso usado solamente en caso de emergencia.

Resumen:

Palabras clave

Este documento muestra el funcionamiento actual delproceso de llenado de tolvas de carbón de las unidades I,II y III en la Termoeléctrica de Paipa, que genera EnergíaEléctrica para la Empresa Generadora de Energía deBoyacá EBSA. Sobre esta base, se establece undiagnóstico de operación para realizar propuestas deautomatización del proceso basado en criterios de diseñocomo el alcance y las limitaciones del proyecto y seestablecen los requerimientos para la selección dedispositivos sensores, actuadores y controladores paramanipular las variables implícitas en el sistema dellenado. De igual manera se establecen los posiblescambios en obras civiles de máquinas y sistemasespecíficos con sus repercusiones en el rendimiento delproceso y en última instancia se diseña la lógica deprogramación para el controlador lógico programableque se seleccionó para gobernar el proceso en formamanual, automática y semiautomática.

: sensores, controlador lógico progra-mable, automatización de procesos, productividad,calidad, reconversión tecnológica, sistema de llenado detolvas, industria de generación de energía.

Abstract:

Key words:

This document shows the current operation ofthe filling process of coal hoppers of the units I, II and IIIPaipa Thermoelectric Company, Boyacá, Colombia. Onthis basis, a diagnosis of proposals for creating automateproposals of the process based on design criteria likethe achievements and the limitations of the project andthe requirements are established for the selection ofcontrollers, sensing devices and actuators formanipulating the implicit variables in the process.Similarly possible changes in civil engineeringmachinery are established and specific systems with theirimpact on the performance process and ultimately theprogramming logic is designed for the programmablelogic controller that was selected to run the process inmanually, automatic and semiautomatic.

Sensors, Programmable Logic Controller,Process Automation, Productivity, Quality, ConversionTechnology, Hopper Filling System, Power GenerationIndustry.

(Control system upgrading for the hopper filling processunits I, II and III in the Paipa Thermoelectric Company)

Facultad de Ingeniería Electrónica, USTA Tunja. Grupo Inv. GINSCON*[email protected]

(Recibido 7 de octubre de 2009 y aceptado 7 de abril de 2010)

Andrés Felipe Suárez Corredor, Fabián Rolando Jiménez López*

MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROLPARA LLENADO DE TOLVAS DE CARBÓN DE LAS

UNIDADES I, II Y III EN LA TERMOELÉCTRICA DE PAIPA

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Andrés Felipe Suárez Corredor, Fabián Rolando Jiménez López

Figura 1. Subprocesos del transporte y llenadode las tolvas de carbón.

El primer subproceso U1 comienza desde el transporte decarbón desde el patio hacia la tolva de alimentación odistribuidor de patio, la cual está construida en concreto yconsta de una forma cónica en su interior para permitirun continuo deslizamiento del carbón sin apelmazamientoen la estructura; este tipo de diseño ayuda a disminuir lasposibilidades de que se atasque el alimentador de patio,situación que retardaría el llenado de las tolvas, claro está,siempre y cuando se consideren condiciones optimas delcarbón (granulometría, humedad, etc).

El carbón pasa a la primera banda transportadora denominadaT2 (figura 1), y su circulación es regulada por medio de unabandeja deslizante la cual es accionada con un motor y unacople mecánico que permite a T2 desplazarse hacia adelante yatrás continuamente (Avallone, 1996). La regulación del flujode carbón se hace por medio de una rejilla que se posicionamanualmente a por el operario a cargo. Esta rejilla es sostenidaen el nivel deseado gracias al desplazamiento de varillas queencajan a través de un orificio guía como se puede apreciar en lafigura 2.

Figura 2. Rejilla de flujo, tolva de alimentaciónUnidad U1.

En este punto se presenta un gran inconveniente en la operacióndel proceso, ya que la integridad del operario se pone en riesgocuando se tiene que cambiar de posición la rejilla aún cuandoesté en funcionamiento el sistema. Este posicionamiento sehace en base a requerimientos de la calidad, humedad ygranulometría del carbón y también, en forma indirecta deacuerdo al amperaje consumido por el motor del triturador. Elamperaje consumido por el motor se eleva reiteradamentecuando sus martillos están desgastados.

El siguiente paso en el subproceso U1 es garantizar al máximoeliminar el contenido de metales que llegan mezcladosaccidentalmente con el carbón; esta tarea se hace con la ayudade un separador magnético que se ubica al final de la banda en laparte superior. Este separador ayuda a proteger la vida útil delos componentes del triturador.

En el caso del separador de la banda T2, se aprecianinconvenientes con la intensidad del campo magnético yaque el dispositivo posee un elevado tiempo en funcionamientoy su operación es inapropiada, debido a que el operarioesporádicamente permite el paso de metales al manipularmanualmente la rejilla de flujo. Esta situación ocasiona laelevación del amperaje consumido por el triturador, causandosu disparo y provocando el desgaste y daño continuo de losmartillos y eje del motor del triturador.

La función primordial del triturador es el de homogenizar lagranulometría del carbón por lo cual es de vital importanciaen el proceso (Avallone, 1996). Este equipo presenta problemasen su estructura, ya que posee orificios que ocasionan fugasde carbón. Estas perforaciones se han generado comoconsecuencia del desgaste y tiempo de vida en funcionamientodel triturador, de igual manera, el carbón se apelmaza dentro deltriturador con mucha frecuencia y se requiere reiteradamentedetener su operación para remover el carbón adherido a lalámina de sus paredes internas. Esta situación se puedeobservar claramente en la figura 3.

Figura 3. Proceso de Remoción de carbón en elTriturador de la Unidad U1.

TolvaAlim. U1

Rejilla deFlujo

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Modernización del sistema de control para llenado de tolvas de carbón de las unidades I, II y III en la Termoeléctrica de Paipa

A la salida del triturador, el carbón se ubica en la bandatransportadora T4 (figura 1), sobre la cual se encuentra ubicadootro separador magnético (figura 4) que atrae los componentesmetálicos no detectados por el separador de la banda T2. Estesegundo separador se encuentra en óptimas condiciones deoperación y asegura que no circulen metales hacia las tolvas ypulverizadores.

Cuando el carbón se transporta al final de la banda T4,una celda de carga instalada (figura 5) mide y suministracontinuamente los datos acerca del flujo de carbón que pasapor este subproceso hacia la banda transportadora comúndenominada T5 (figura 1) sobre la que se encuentra instalado elcarro distribuidor.

Esta báscula ayuda racionar la producción y al control delingreso de carbón en forma permanente, y entrega lainformación del tiempo necesario para llenar las tolvas que seestén utilizando en cada turno para así también tener presenteuna idea acerca de la disponibilidad de las unidades (GENSAS.A., 2005).

El segundo subproceso U3 también posee una tolva dealimentación construida en concreto, la cual fue recientementerecubierta internamente con una lámina que posee desgastedebido a las condiciones de trabajo. Esta tolva presentaproblemas debido a que su estructura interna consta de piezasplanas y en sus uniones apelmazan y no dejan deslizar óptima-mente el carbón. Esta situación provoca la permanente revisióny acción por parte del operario para remover los apelmaza-mientos de modo tal que siga bajando el carbón hacia la bandatransportadora T22 (figura 1). La tolva de la Unidad U3 tieneincorporada un sistema vibratorio accionado por un motor, queayuda a disminuir el atascamiento del carbón.

Al final de la banda T22 se encuentra ubicado un separadormagnético que cumple la misma función que el ubicado en labanda T2 de la Unidad U1 y también presenta los mismosinconvenientes descritos anteriormente. De igual manera elcarbón circula hacia el triturador de la unidad U3, el cualfunciona adecuadamente a pesar de tener un tiempo deoperación equivalente al de la Unidad U1.

A la salida del triturador se deposita el carbón en la bandatransportadora denominada T24 (figura 1); y al final de estabanda se deposita el carbón en una tolva de traspaso quepresenta algunos inconvenientes de operación debido a losconstantes remiendos sobre daños hechos sobre la estructurametálica como se aprecia en la figura 6.

Este inconveniente hace que se presenten fallas, al provocaratascamiento del carbón antes de su ubicación en la banda T25(figura 1) y como los operarios de patio y de la unidad T5 seencuentran lejos de este punto sin poseer alguna señalizaciónde alarma, se hace casi imposible que se detecte dichafalla, haciendo que se desperdicie gran cantidad de carbónocasionando daños y perdidas de gran magnitud.

Figura 6. Estado Atípico de la estructura metálicade la Tolva de Traspaso BTT24 - BTT25.

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La banda T25 tiene incorporada a la mitad del recorrido unsensor de flujo y al final de esta banda se tiene ubicado otroseparador magnético que retira los metales que pasaron sin serpercibidos por el separador de la banda T22, para así hacercircular el carbón a otra tolva de traspaso que lo deposita a labanda común T5.

Cuando el carbón llega a la banda transportadora común T5, elmineral se desplaza hacia el carro distribuidor o . El

es controlado de forma manual por medio del operariode turno, el cual toma la decisión de llevar el carro hacia laposición apropiada para llenar las tolvas que posean unnivel bajo y de acuerdo a la unidad que vaya a entrar enfuncionamiento. El operario por inspección visual tambiénsupervisa que se realice el llenado de tolvas hasta el niveldeseado, y controla el desplazamiento del carro utilizando trespulsadores: pulsador de arranque a izquierda, pulsador dearranque a derecha y pulsador de parada.

trippertripper

Figura 7. Avería presentada en el sistema de Paradade emergencia de la banda transportadora T2.

Como se puede apreciar en la figura 7 los sistemas de parada deemergencia de la gran mayoría de las bandas transportadoras seencuentran averiados debido al desgaste y mal uso, de estaforma se propuso su reemplazo por otros de funcionamientosimilar que garanticen la seguridad del proceso y del personal.

En la etapa del proceso de llenado se tienen las principalesproblemáticas del proyecto debido a que se desea que eloperario se involucre lo menos posible en el proceso paraproteger su integridad y salud ya que la polución existente eneste sitio es elevada. Para suplir dicha necesidad, se propone eldiseño de un sistema de instrumentación y control electrónicopara automatizar el proceso.

Es importante adicionar, que actualmente la planta posee unsistema de supervisión remota la cual no tiene poder de mandoalguno sobre los elementos presentes en el proceso, es decirsolamente se limita visualización para revisión del estado delproceso.

Los datos medidos por las celdas de carga ubicadas en lasbandas transportadoras T4 y T25 y cuatro sensores inductivosubicados a lo largo de la banda de la unidad T5, sontransmitidos al Sistema de Supervisión, en donde un softwareSCADA(Supervisory ControlAnd DataAdquisition) instaladoen un computador industrial, permite al operario de controlmonitorear el subproceso que está en operación, e informaacerca de la cantidad de flujo de carbón que está llegando através de cada subproceso y la posición actual del a lolargo de la banda T5 (para cada unidad mas no para cada tolva).

Las principales fallas encontradas en el proceso de llenado detolvas fueron las siguientes: los alimentadores de patioencargados de ubicar el carbón proveniente de las minas o patioen la primera banda transportadora de cada uno de los dossubprocesos (T2 y T22), poseen problemas de atascamiento decarbón bien sea debido al volumen y granulometría con el quellega, o debido a la mala calidad de suministro del carbón; asímismo, la compuerta reguladora de flujo de cada alimentadores posicionada en forma manual sin ningún tipo de pulsadoresque eviten el contacto directo entre el operario y el proceso.

Las paradas de emergencia disponibles en el sistema de llenadoa lo largo de cada banda transportadora son inapropiadas, yaque los actuadores son obsoletos y se carece de redundancia encaso de que los sistemas de parada disponibles se encuentrenfuera de servicio por las condiciones agrestes del proceso y lafalta de mantenimiento.

Los separadores magnéticos se encuentran desgastados por ellargo tiempo de uso, ocasionando la circulación de metaleshacia el triturador, averiando los martillos y eje del mismo,además también es posible el paso de metales no ferrosos quepueden provocar atascamiento de carbón en puntos de traspasocomo el de la banda transportadora T24 a la banda T25.

El direccionamiento del carro viajero que es el encargadode descargar el carbón procesado sobre las tolvas dealmacenamiento, su operación es manual, en el cual el operarioa cargo de su manejo determina por inspección visual cual es latova que requiere ser llenada. El operario debe estar enconstante disposición de realizar la supervisión del nivel de latolva llenada y las que no están siendo llenadas ya que unsobrepaso del nivel máximo de llenado traería consigodesperdicio de carbón y deficiencias en el proceso.

Esta situación puede hacer que en un momento fortuito, eldescuido del operario al llenar alguna tolva que este siendousada para la generación de energía eléctrica, haga que alcancesu nivel mínimo causando daños de gran magnitud en elproceso de generación de la planta en general.

Las válvulas implementadas para el sistema captador de dinosse accionan de forma manual y los motores no poseenenclavamiento alguno. Es decir que si en algún momento unmotor encargado de recircular los finos falle o se apague, no

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3. SISTEMATIZACIÓN DE PROBLEMASY PROPOSICIÓN DE SOLUCIONES

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tenga en cuenta que el motor encargado de la extracción siga enfuncionamiento y provoque atascamiento de carbón.

Los operarios no disponen de un mecanismo de alarmas que lesindique fallas durante cualquier estado del proceso, esteaspecto afecta el optimo funcionamiento del sistema, puesto ladetección de fallas a tiempo es un factor crítico para asegurarsu corrección inmediata, ya que una detección tardía frente aun problema ocurrido se refleja en perdidas y consecuenciasde gran medida que en el peor de los casos son irreversibles.

Es necesario implementar un dispositivo indicador visual oauditivo que le informe al operario el estado completo delproceso para así apoyarse en el mismo en su ánimo de hacermejor su trabajo; así mismo se requiere de un sistema demonitoreo automático que permita responder ante fallas demanera inmediata, generar las indicaciones de fallas yresponder a cualquier variable durante el llenado diario de lastolvas.

Teniendo en cuenta las fallas identificadas se seleccionó lainstrumentación electrónica y mecánica para solventar lasfallas identificadas. Las soluciones a estas necesidades sediseñaron teniendo en cuenta factores de vital importancia a lahora de realizar un estudio como lo son: economía, condicionestécnicas, expectativas de funcionamiento que cumplan con laaplicación requerida, perfil de empresas consultadas,experiencia de expertos y operarios, entre otras.

Las soluciones que se proponen son las siguientes: instalar unarejilla en la parte superior del alimentador de carbón de talmanera que esta impida el paso de carbón con granulometríaelevada, también se propone la reestructuración de la tolva dealimentación de la unidad U3 para que su disposición internatenga forma cónica para permitir el deslizamiento continuo delcarbón aun bajo malas condiciones del mismo. Esta sugerenciase propuso al Departamento de Mantenimiento Mecánico enplanta para su ejecución.

La instalación de un sistema que permita accionar la compuertade la rejilla de flujo en las Tolvas de alimentación, de maneraque el operario no entre en contacto directo con el sistema paraasí evitar accidentes. Este sistema consta de un motor, unacople mecánico (diseñado por Mantenimiento Mecánico) ydos sensores inductivos que permitan el posicionamientoautomático de la compuerta de acuerdo al amperaje consumidopor el triturador y seguridad en modo manual fijando limites demovimiento para evitar el desbordamiento de la compuerta(Avallone, 1996).

Realizar el reposicionamiento de algunos separadoresmagnéticos e implementar otros separadores en puntosdonde se considere sea necesario evitar el paso de metalesque dañen el resto de dispositivos implícitos en el proceso dehomogenización del carbón; implementar un sistema detectorde metales que impida el paso de los metales no detectados porlos separadores magnéticos (generalmente los no ferrosos),causando la detención del proceso aguas abajo del mismosegún enclavamientos, para permitir así que el operario

Figura 8. Diseño para optimizar control decompuerta reguladora de flujo.

remueva dicha pieza detectada y reinicie el proceso manual-mente por medio de los pulsadores dispuestos en la cabina demando.

Instalar los arrancadores adecuados a los motores implícitos enla detención del sistema a la hora de detectar metales ya quetodos tienen actualmente arranque directo, para que cuando serealicen paros del sistema, se reduzca considerablemente suvida útil de servicio. Para tal fin se seleccionaron arrancadoressuaves debido a su moderado costo respecto a los variadoresde velocidad y a las ventajas con respecto a las corrientes dearranque estrella – triángulo.

Implementar sensores fotoeléctricos a la salida se las tolvas detraspaso en donde se presentan atascamientos continuamente,esta condición de percibir o no la luz infrarroja por parte delreceptor hace que haya o no paso de carbón al comienzo de labanda y será supervisado siempre y cuando se habiliten lasalarmas en el programa, en donde se dio la temporización parapermitir obtener el estado normal de flujo.

Instalar un sistema de accionamiento para las válvulas delsistema captador de finos que sea de fácil manipulación, comouna botonera local que sirva como respaldo del funcionamientoautomático del proceso, estas válvulas se accionaran deacuerdo a donde se esté realizando el llenado, para esto se debedisponer de válvulas electromecánicas con retorno de muellelas cuales mejoran las condiciones de operación de las queactualmente instaladas en que disponen de un actuador quepermite por medio de un impulso eléctrico ya sea programado omanual abrir o cerrar dicha válvula.

Instalar nuevos paradas de emergencia a lo largo de cada bandatransportadora que permitan detener el proceso en caso dealguna anomalía, sirviendo como redundancia de los paradasdispuestos para cada subproceso; adquirir sensores de niveltipo radar que aseguren la lectura continua y confiable del nivelpresente en las tolvas, además servirá como ayuda alControlador lógico Programable PLC para determinar eldireccionamiento del carro, seleccionar la tolva a llenar ysupervisar las restantes en caso de emergencia por nivel bajo.

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Es apropiado considerar el arranque o parada del proceso enautomático y manual, entregar un análisis detallado de sumantenimiento y lecturas realizadas en un determinado lapsode tiempo respecto al llenado en un sistema de supervisiónremoto, el cual puede ser comparado con las lecturas de flujoentregadas por las basculas ubicadas en las bandas T4 y T25para determinar índices desempeño de gran importancia a nivelde generación y consumo en el departamento de producción.

Adquirir un PLC Modicon M340 acorde con la aplicación consus respectivos elementos como racks, módulos, relés y demás,o adquirir los módulos necesarios de acuerdo a las variables amanipular de un PLC Modicon TSX Micro disponible en laplanta.

De acuerdo a las propuestas hechas acerca del PLC a utilizar, seimplemento el código diseñado en este estudio para realizar ysupervisar el control en sus diversos modos de operación. Elsoftware de programación PL7 fue usado únicamente para laprogramación del PLC TSX Micro mas no del Modicon M340de acuerdo al diagrama lógico de flujo realizado en el que setuvieron en cuenta variables como enclavamientos, posiblesfallas y respuesta a ellas, nuevas variables a implementar ydemás (Schneider Electric, 2007). En la figura 10 se puedeapreciar el sistema general de control diseñado para laaplicación.

Figura 9. PLC ModiconM340.

Implementar un panel supervisor que apoye al operario avisualizar el estado general del proceso; disponer de una nuevabotonera similar a la actualmente usada pero con las actualesy debidas normas de seguridad mínimas exigidas. El cableadose realizará para extender el existente para el control delsubproceso unidad U1 hasta el subproceso unidad U3 ytambién se hará para los nuevos dispositivos a implementarmencionados, no solo a la cabina de mando sino a la sala dealimentación de 440V correspondiente.

En la figura 11 se muestran las rutas del cableado y susrespectivos puntos de traspaso quedando de color más oscuro laextensión necesaria desde la cabina subproceso U1 hasta lacabina subproceso U3.

Figura 10. Sistema general desupervisión y control.

Figura 11. Ruta de cableado transporte de carbón atolvas almacenadoras.

Interfaz Hombre Máquina

Operador

Dispositivosactuadoresexternos

Sensoresexternos

Proceso controlado

Entrada de materiales Entrada del producto

Dispositivosactuadores

internos

Sensoresdel proceso

Controlador Acondicionamientode la señal

Acondicionamientode la señal

Distancias de rutas del cableado, subprocesos 1 y 3

FinalBTT5

18.8 m

40 m

InicioBTT4

68.9 m

80 m 20 m

60 m

Inicio BTT5

Sala de 440 U3

25 m

InicioBTT25

54 m

20 m

80 m

Alimentadorde patio U3

InicioBBT24

Cabina demando U3

64 m

Sala de 440 U1

50 m

Alimentadorde patio U1

Cabina demando U1

50 m

4. PROTOCOLOS Y MEDIOSDE COMUNICACIÓN

Los protocolos y medios físicos de comunicación que seexplican a continuación fueron los usados para la adquisición ytratamiento de las señales entregadas por sensores y actuadoresque representan los datos con los que se operará el control delproceso (Foundation Fieldbus, 2003). Es de saber que no sonlos únicos existentes pero se ajustaron a las necesidades encuanto a fiabilidad del transporte de información, velocidad ydemás.

Agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de4 a 20 mADC. La señal digital usa dos frecuencias individualesde 1200 Hz y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidalque se superpone al lazo de corriente de 4-20mA visto en lafigura 12, (HART Communication Foundation, 2005).

4.1 Protocolo HART

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4.3 Topología de Red

El tipo de red seleccionado que define el medio físico decomunicación y el enlace seleccionado fue Ethernet ya queutiliza un protocolo de enlace CSMA/CD (Carrier Sense,Multiple Access, Collision Detect), el cual, cuando unaestación está lista para enviar los datos y detecta que la redestá libre, publica su trama en la red con la dirección deldestinatario. Todas las estaciones escuchan los datos, perosolamente la destinataria responde.

Este sistema es capaz de interrumpir la transmisión si detectóuna colisión, e intenta retransmitir los datos luego de una esperade tiempo aleatoria. En la especificación estándar IEEE 802.3,ethernet trabaja a 10 Mb/s, su topología es multimodo, ysoporta hasta 1,024 nodos en par trenzado, fibra óptica ocable coaxial. Otras definiciones de Ethernet amplían suscaracterísticas a 100Mb/s, y la nueva tecnología GigabitEthernet amplía la velocidad hasta 1000 Mb/s (Rodríguez,2006).

Algunos medios físicos utilizados por ethernet son cablecoaxial, par trenzado, y fibra óptica pero la creciente cantidadde dispositivos que soportan ethernet, junto con la estanda-rización de protocolos estándares en la industria como TCP/IPy OPC hicieron que esta fuera la elección para la aplicación yaque responde a sistemas donde se requiere conectividad abiertae interoperabilidad entre sistemas y plataformas; además,existen conversores GPIB/Ethernet, RS-232/Ethernet, etc, quehacen aun más flexible la comunicación.

En la figura 14 se muestra el Flujograma de la secuencia lógicade transporte y llenado de las tolvas de carbón de las unidades I,II y III, seguida en el código realizado para el PLC TSX Microen el software de programación PL7 (Schneider Electric,2005).

Figura 12. Señal de transmisióncon protocolo Hart.

Figura 13. Multiplexor de 16 entradasanálogas [12].

Como la señal promedio de una onda sinusoidal es cero, no seañade ninguna componente DC a la señal analógica de 4-20mA, lo que permite continuar utilizando la variaciónanalógica para el control del proceso.

Este protocolo proporciona una solución para la comunicaciónde instrumentos inteligentes, compatible con la transmisiónanalógica en corriente 4-20mA, que permite que la señalanalógica y las señales de comunicación digital seantransmitidas simultáneamente sobre el mismo cableado.Mediante este sistema, la información de la variable primaria yseñal de mando es transmitida sobre la señal portadoraanalógica de 4-20mA, mientras que la señal digital es utilizadapara transmitir otro tipo de información diferente tal comoparámetros del proceso, configuración, calibración einformación de diagnostico del instrumento (HARTCommunication Foundation, 2005).

Para supervisar el estado de todas las tolvas del proceso quecompete a este estudio, se hace conveniente multiplexar lasseñales análogas enviadas por cada sensor de nivel, y como senecesita uno por tolva siendo 11 tolvas, se encontró que lamejor solución a utilizar es el multiplexor de la figura 13.

Este multiplexor permite además de reducir los costos queimplica el acople de cada señal al PC, reducir el cableadonecesario para transportar los datos de cada sensor, además,garantiza efectividad y rapidez en la comunicación debido aque el barrido total del estado de las tolvas en caso que seencuentren en generación las tres unidades es de 11 segundos,por lo que la lectura de cada tolva toma aproximadamente unsegundo, situación que no es crítica para la aplicación (IntechInstruments, 2009). La supervisión se hará sobre todas lasseñales de entrada de manera simple y continua.

4.2 Multiplexores

“1”“0”

“0”“1”

“1”“0”

“1”“1”

“0”

20 mA -SeñalDigital

SeñalAnáloga

Tiempo

4 mA -

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Inicio

Habilitación de unidades a llenar.Selección de tipo de funcionamiento del proceso

Arranque manual del sistema, a partir de falla presentada.Cambio a estado automático del programa.

Fin del llenado de las unidades habilitadas.Detención automática del sistema.

Paso de selectores de funcionamiento a manual, para realizar repaso en tolvas.

Encendido automático, semiautomático o manual del sistema

Activación de alguna falla.Encendido de alarma.

Identificación de dicha falla.Cambio a manual por parte del operario.Solventar falla presentada en el sistema.

Figura 14. Diagrama de flujo del llenado de tolvas de carbónunidades I, II y III Termopaipa.

5. PASOS PARA LA IMPLEMENTACIÓNDEL PROYECTO

Ya que la implementación de este estudio para automatizar elllenado de las tolvas de carbón de las unidades I, II y III, es muyamplio y costoso, se dividió en subproyectos los cuales dieronla oportunidad de realizar dicha implementación por etapassegún la prioridad y necesidades que presenta el proceso. Alfinalizar dichas etapas se dispuso de un proceso totalmenteautomatizado que respondió a todas las necesidades presen-tadas en el comienzo de este documento. Las sugerenciaspropuestas para corregir las fallas detectadas son las siguientes:

• Arreglo general de estructuras por el Departamento deMantenimiento Mecánico.

• Sistema de apertura y cierre de la compuerta reguladora deflujo del alimentador de patio, paradas de emergencia en BTy arreglo del electrofreno del .

• Sistemas que impiden el paso de carbón grueso y detector demetales por el Departamento de Mantenimiento Mecánico.

• Automatización del proceso de transporte y llenado de lastolvas de carbón Unidades I, II y III, utilizando comotecnología de control el PLC Modicon M340 de Siemens®.

tripper

• Instrumentación para realizar la medición de nivel en lastolvas de carbón y direccionamiento del , seleccio-nando tecnología e instalación de sensores y transmisiónpor bus de campo HART.

• Disposición para apertura y cierre automático para lasválvulas del SCF y motores adjuntos, por el Departamentode Mantenimiento Mecánico.

• Sistema SCADA para monitoreo detallado y adquisiciónde datos del proceso, utilizando el sistema WinCC deSiemens®.

Por medio de la implementación de este proyecto se garantizoun mayor control y agilidad en el proceso de llenado de tolvasbajo distintas condiciones de operación, lo que permitiódisminuir las perdidas en generación y vida útil de maquinariapreviniendo fallas graves y teniendo a disposición todas lasunidades y tolvas correspondientes requeridas para la gene-ración sin necesidad de doblar turnos para realizar el llenadode las mismas.

A través de los sistemas de supervisión y adquisición de datoses posible calcular un dato extra aproximado a la hora dedeterminar la disponibilidad de producción de cada unidadconsiderando índices básicos como ingreso de carbón porunidad de tiempo, duración de llenado y vaciado para cadaunidad estando con y sin generación, en condiciones continuaso de arranque.

Se redujo la complejidad y se mejoro la calidad del proceso a lahora de manipular el sistema por parte del operario, quedandodisponibles para ayudar en otras tareas donde haga faltapersonal.

Teniendo en cuenta las condiciones agresivas del proceso ala hora de realizar el trabajo, se buscó ayudar a reducir laexposición de los operarios encargados de este trabajo ainhalaciones excesivas de carbón, con lo que se cuida su salud yvida.

Se adquirió destreza en el medio industrial gracias a la grancantidad de variables y nuevos conceptos que se deben tener encuenta a lo largo de un estudio. También se observo el grado deimportancia que tiene la educación recibida a la hora deaplicarla en campo.

GENSA S.A. E.S.P., Plan de Calidad Generación de EnergíaEléctrica Termopaipa I, II y III, Versión 07, Departamentode servicios técnicos, (2008).

E. A. Avallone and T. Baumeister, Marks´ Standard Handbookfor Mechanical Engineers, New York: McGraw-Hill,(1996).

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6. CONCLUSIONES

7. REFERENCIAS

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GENSA S.A. E.S.P., Características Unidades I, II y III Termo-paipa; Versión 02, Departamento de servicios técnicos,(2005).

Process Automation Control. Technical Overview FoundationFieldbus, Austin, Texas: FieldBus Foundation, Rev 1998-(2003). [En Línea] Disponible:

http://www.pacontrol.com/download/foundation-fieldbus-overview.pdf

HART Communication Foundation, Hart Application Guide,Austin, Texas: HART Communication Foundation,(2005). [En Línea] Disponible: http://www.hartcomm.org/hcf/ documents/appguide.pdf

A. Rodríguez, Sistemas SCADA – Guía Práctica, Barcelona,España: Editorial Marcombo, (2007), p.p. 139 – 200.

National Instruments, Instrumentación y Control, Numero 2,Tutorial Técnico National Instruments, (2004). [En Línea]Disponible: http://www.highlights.com.ec/docs/InstCont04.pdf

Schneider Electric, PL7 Junior/PRO, Manual de ModosOperativos, España; Guía Schneider Electric, (2005). [EnLínea] Disponible: http://biblioteca.schneiderelectric.es/nbd-update/cont2/35003086_K01_000_03.pdf

Schneider Electric, Descripción de Lenguajes deProgramación, Sección B, España; Guía Schneider Electric,(2003). [En Línea] Disponible: http://biblioteca.schneiderelectric.es/nbd-update/cont2/3501536_K01_000_00.pdf

Schneider Electric, Plataforma de Automatización ModiconM340, España; Catálogo Schneider Electric, (2007). [EnLínea] Disponible: http://construnario.com/diccionario/swf/28205/@@@@@@Control%20Industrial%20y%20Automatizaci%C3%B3n/Automatizaci%C3%B3n/Cat%C3%A1logos/Cat%C3%A1logo%20Plataforma%20de%20automatizaci%C3%B3n%20Quantum.pdf

HART Communication Foundation, Org. (2009). How WorkHART?, Austin, Texas: HART CommunicationFoundation, (2009). [En Línea] Disponible: http://www.hartcomm.org/protocol/about/aboutprotocol_how.html

Intech Instruments LTD. (2009) Analogue Input RemoteStation / Intelligent Multiplexer. [En Línea] Disponible:http://www.intech.co.nz/products/remotestations/2100-a16.html

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