Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado

UNIVERSIDAD DE SEVILLA ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado Autor: Iván Roldán Bonilla Tutor: Félix Biscarri Triviño Marzo 2022 Análisis de vulnerabilidad de cifradores de flujo en FPGAs I Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Agradecimientos Mi mas sincero agradecimiento a Félix Biscarri Triviño por su interés, orientación y ayuda prestada. Hacer el proyecto ha tenido un gran impacto en mí tanto a nivel profesional como personal. Terminarlo no hubiera sido posible sin la confianza de Control Systems Experts para realizar mis prácticas y llevar a cabo el proyecto de mi trabajo fin grado. Gracias a mis compañeros por toda su colaboración y ayuda estos meses. Quiero agradecer a todos mis compañeros el apoyo mostrado, ya que ha sido clave año tras año para finalizar el grado. Por último, agradecer a toda mi familia su apoyo moral, en especial a mis padres, por creer en mí. Análisis de vulnerabilidad de cifradores de flujo en FPGAs II Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Análisis de vulnerabilidad de cifradores de flujo en FPGAs III Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Resumen En el presente proyecto se va a definir la programación del sistema DCS (Sistema de Control Distribuido) para la operación remota del sistema GMCP (Monitoreo de Tuberías y Control de Gas del Generador). Este sistema tiene la función de llevar a cabo, de forma controlada, los procesos de barrido del desgasificador de la caldera de recuperación de calor de una planta de ciclo combinado, de la cual, por motivos legales, no se puede aportar información y la cual trataremos, a partir de ahora, como el cliente. Este proyecto es un proyecto real, el cual fue realizado y puesto en funcionamiento por el alumno, el cual trabaja para una empresa que se dedica al desarrollo y puesta en marcha de proyectos de automatización y control de plantas de ámbito industrial. Se van a detallar los procedimientos más importantes a la hora de realizar el control y los gráficos de una planta de ciclo combinado, siendo el control del desgasificador el ámbito de nuestro estudio. Dentro de estos gráficos, se detallarán tanto las pantallas de operación y secuencias como los objetos gráficos implementados. Palabras clave: desgasificador, caldera de recuperación de calor, planta de ciclo combinado, sistema de control distribuido, Foxboro. Análisis de vulnerabilidad de cifradores de flujo en FPGAs IV Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo V TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Índice de Contenido Índice de Figuras ............................................................................................. 1 Índice de Tablas .............................................................................................. 3 Glosario de abreviaturas ................................................................................ 4 1. Objeto del proyecto ..................................................................................... 5 2. Introducción ................................................................................................ 6 2.1. Planta de Ciclo Combinado ................................................................... 6 2.2. Caldera de recuperación de calor ......................................................... 9 2.3. Desgasificador .................................................................................... 10 2.4. Control de procesos industriales .......................................................... 12 3. Documentación necesaria para acometer el proyecto .......................... 14 4. Normas ...................................................................................................... 16 5. Descripción de control del proceso......................................................... 17 5.1. Barrido de H2 a CO2 ............................................................................. 18 5.1.1. Operación normal de barrido de H2 a CO2 .................................... 19 5.1.2. Operación e-purge de barrido de H2 a CO2 .................................... 19 5.1.3. Permisos de inicio de secuencia .................................................... 20 5.1.4. Paso 1: Cierre de suministro de H2 ................................................ 21 5.1.5. Paso 2: Despresurización del generador ....................................... 21 5.1.6. Paso 3: Inicio suministro CO2 ......................................................... 22 5.1.7. Paso 4: Suministro CO2 ................................................................ 23 5.1.8. Paso 5: Concentración H2 en CO2 ................................................. 23 5.1.9. Paso 6: Presurización con CO2 ...................................................... 24 5.1.10. Paso 7: Finalización de la secuencia ........................................... 24 5.1.11. Aborto de secuencia..................................................................... 25 5.2. Barrido de H2 a CO2 ............................................................................. 26 5.2.1. Operación normal de barrido de CO2 a aire ................................... 26 5.2.2. Permisos de inicio de secuencia .................................................... 27 5.2.3. Paso 1: Despresurización del generador ....................................... 27 5.2.4. Paso 2: Inicio suministro de aire .................................................... 28 5.2.5. Paso 3: Suministro de aire ............................................................ 29 5.2.6. Paso 4: Concentración aire en CO2 ............................................... 29 5.2.7. Paso 5: Presurización con aire ....................................................... 30 Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo VI TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 5.2.8. Paso 6: Finalización de la secuencia ............................................. 30 5.2.9. Aborto de secuencia....................................................................... 31 5.3. Barrido de aire a CO2 ............................................................................ 31 5.3.1. Operación normal de barrido de aire a CO2 ................................... 32 5.3.2. Permisos de inicio de secuencia .................................................... 33 5.3.3. Paso 1: Despresurización del generador ....................................... 33 5.3.4. Paso 2: Inicio suministro de CO2 .................................................... 34 5.3.5. Paso 3: Suministro de CO2 ........................................................... 34 5.3.6. Paso 4: Concentración de CO2 en aire ......................................... 35 5.3.7. Paso 5: Presurización con CO2 ...................................................... 35 5.3.8. Paso 6: Finalización de la secuencia ............................................. 36 5.3.9. Aborto de secuencia....................................................................... 36 6. Hardware .................................................................................................... 38 6.1. Procesador ........................................................................................... 38 6.2. Módulos de comunicación .................................................................... 39 6.3. Red de comunicación ........................................................................... 40 7. Herramientas software .............................................................................. 42 7.1. Herramientas para el control del proceso ............................................ 42 7.1.1. Compound ..................................................................................... 43 7.1.2. Bloque ............................................................................................ 44 7.1.1.1. ACCUM ................................................................................... 45 7.1.1.2. AIN .......................................................................................... 46 7.1.1.3. CALCA .................................................................................... 47 7.1.1.4. CIN .......................................................................................... 48 7.1.1.5. COUT ...................................................................................... 49 7.1.1.6. LIM .......................................................................................... 50 7.1.1.7. MCOUT ................................................................................... 52 7.1.1.8. PIDA ........................................................................................ 53 7.1.1.9. STALM .................................................................................... 54 7.1.1.10. SWCH ................................................................................... 55 7.2. Herramientas gráficas .......................................................................... 56 7.2.1. Foxview ......................................................................................... 56 7.2.2. Foxdraw ......................................................................................... 57 7.3. Otras herramientas software ................................................................ 58 Control de desgasificador de caldera de planta de ciclo VII TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 7.3.1. System Management .................................................................... 58 7.3.2. Alarm Manager ............................................................................... 59 7.3.2. Foxselect ........................................................................................ 59 8. Control de instrumentos y equipos ......................................................... 61 8.1. Entradas analógicas ............................................................................. 62 8.2. Válvula manual ..................................................................................... 63 8.2.1. Carátula de válvula manual ........................................................... 64 8.3. Válvula solenoide ................................................................................. 65 8.3.1. Carátula de válvula solenoide ....................................................... 67 8.4. Válvula de control ................................................................................. 70 8.4.1. Carátula de válvula de control ....................................................... 72 8.5. Nomenclatura de instrumentos y equipos mediante el sistema KKS ... 75 8.5.1. Nivel 0 del sistema KKS ................................................................ 76 8.5.2. Nivel 1 del sistema KKS ................................................................ 76 8.5.3. Nivel 2 del sistema KKS ................................................................ 77 8.5.4. Nivel 3 del sistema KKS ................................................................ 77 8.5.5. Ejemplo de codificación KKS ........................................................ 78 9. Pantallas .................................................................................................... 79 9.1. Pantalla principal .................................................................................. 79 9.2. Pantallas de secuencia ........................................................................ 80 11. Presupuesto ............................................................................................ 85 12. Bibliografía .............................................................................................. 86 Anexos ........................................................................................................... 88 6 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 2. Introducción La industria, al igual que el ser humano ha ido evolucionando con el paso de los tiempos. Desde la primera revolución industrial, la industria no ha parado de innovar en todos los aspectos. La globalización, por otro lado, ha obligado a las empresas a adoptar otros modelos económicos y estratégicos en sus modelos de negocio. Actualmente nos encontramos ante la cuarta revolución industrial que promete diversas mejoras en muchos planos mediante sistemas ciber-físicos, industria y productos inteligentes, Internet of Things (IOT), hiperconectividad y big data. La automatización y control industrial, en la actualidad, está integrada en la mayoría de las industrias, incluso en las más pequeñas. Esto es debido a los grandes beneficios que se encuentran, como son el ahorro de costos de mano de obra, la optimización de procesos, el aumento de seguridad, la mejora de calidad y el aumento de la productividad. En este sentido, los PLC y los DCS son los controladores más usados en el mundo industrial. Esto es así por su sencilla programación, su gran utilidad, su versatilidad y su buena comunicación. 2.1. Planta de ciclo combinado Una planta de ciclo combinado es una central eléctrica que basa su obtención de energía en dos ciclos termodinámicos, uno de ellos referente al gas natural, y otro de ellos referentes al vapor, consiguiendo un rendimiento bastante elevado. Este ciclo es una tecnología desarrollada a finales del siglo XX, siendo una tecnología relativamente nueva. El ciclo referente al gas natural está basado en el ciclo de Brayton de circuito abierto. Este proceso consta de un compresor, en el cual se comprime aire para que se use en una cámara de combustión. Tras esto, los gases, que se encuentran a alta temperatura y presión, son expandidos en la turbina y liberados a la atmosfera. El proceso descrito se muestra en la Figura 1. 7 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Figura 1. Ciclo de Brayton abierto. El ciclo referente al vapor se idealiza con el ciclo de Rankine. Este ciclo trabaja con agua como sustancia principal. Esta, saturada a la salida de un condensador, se comprime para agregarla a una caldera, consiguiendo el vapor de agua. Este vapor sobrecalentado ingresa en una turbina de vapor que expande este, obteniendo energía. Tras ello, el vapor ingresa en un condensador para eliminar el calor. Este procesa se muestra en la Figura 2. Figura 2. Ciclo de Rankine. Así, y a modo de resumen, el ciclo de gas natural se realiza a alta temperatura, realizando su combustión para hacer girar las hélices de su turbina, que a su vez está conectada a un generador eléctrico para producir electricidad. 8 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Estos gases generados en el primer ciclo alcanzan una temperatura muy elevada (en torno a 600ºC), que son aprovechados en el ciclo de vapor, calentando una caldera que produce vapor. Este vapor se canaliza a la turbina de vapor, generando nuevamente energía eléctrica. El proceso completo puede verse en la Figura 3. Figura 3. Proceso de ciclo combinado. Una de las características principales de las plantas de ciclo combinado es la eficiencia o rendimiento, dato que indica que porcentaje de la energía del combustible se transforma de manera efectiva en energía eléctrica. Las centrales de ciclo combinado ofrecen un rendimiento cercano al 60%, siendo muy superior al resto de centrales convencionales. Por ello, existen varios motivos por los que desarrollar energía eléctrica mediante la tecnología del ciclo combinado: • Disminuir el consumo de combustibles fósiles, tales como el petróleo, el carbón o el gas natural. En concreto, el gas natural, materia prima del ciclo combinado, ya que al tener un rendimiento superior al de otras formas de generación energética, se consigue la potencia de generación deseada con menos cantidad de combustible. • Reducir costes de producción. Al consumir menos combustible para una potencia energética eléctrica determinada, los costes se ven directamente afectados, reduciéndose. • Reducir la emisión de gases contaminantes. Al igual que en los puntos anteriores, la reducción de consumo de combustibles fósiles como el gas 9 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 natural debido al rendimiento, produce una emisión de gases contaminantes inferiores a otras tecnologías de generación eléctrica. Además, ya que la emisión de gases contaminantes está penalizada económicamente conseguimos reducir aún más los costes. 2.2. Caldera de recuperación de calor Dentro de este proceso, uno de los elementos que juegan un papel muy importante es la caldera de recuperación de calor, también denominada HSGR, elemento mostrado en la Figura 4. Figura 4. Caldera de Recuperación de Calor. Las calderas de recuperación de calor son equipos que se usan para extraer calor del gas residual. Utilizan este calor para convertir agua líquida en vapor de agua, con el fin de usar este vapor en otros procesos o para generación de energía eléctrica, como es el caso de plantas de ciclo combinado. Un sistema HRSG se compone de tres componentes principales: el economizador, el evaporador y el sobrecalentador. Estos componentes están dispuestos en consecuencia para obtener un sistema de intercambio térmico altamente eficiente. La caldera de recuperación es, en su mayoría, una gran estructura de red de tuberías. Esta hace que el agua fluya a través de las tuberías y que los gases a alta temperatura entren en contacto con las tuberías desde el otro lado. Los 10 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 gases y el agua se encuentran separados en tuberías diferentes, las cuales tienen aletas para facilitar la transferencia de calor. El agua entra primero por el economizador, el cual precalienta el agua hasta una temperatura cercana a la saturación antes de que pase hasta el evaporador. Esta sección es la que contiene la temperatura más baja de la caldera, al encontrarse en la zona más lejana a los gases a gran temperatura. Desde aquí, el agua precalentada pasa a las tuberías del evaporador, donde se produce un intercambio de calor hasta conseguir convertir el agua líquida en vapor de agua. Tras esto, el vapor pasa al sobrecalentador, donde se sigue calentando el gas, consiguiendo así el llamado gas recalentado. De este punto sale el gas recalentado hasta la turbina de vapor. 2.3. Desgasificador El desgasificador se emplea comúnmente en cualquier industria de procesos químicos o en plantas de energía donde la caldera se utiliza para la producción de vapor a partir del agua de alimentación de la caldera. El desgasificador resuelve el objetivo de eliminar los gases disueltos no deseados y el oxígeno disuelto del agua de alimentación de la caldera antes de entrar en las calderas. Existen varios tipos de desgasificadores: • Desgasificador térmico: En este tipo de desgasificadores, la desgasificación se basa en el principio de que la solubilidad de un gas en agua disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua y se acerca a su punto de ebullición. De esta forma, en el desgasificador, el agua se calienta hasta una temperatura cercana a la de ebullición, bajando la presión y la ventilación. La desgasificación se realiza rociando agua de alimentación en la sección de precalentamiento y rociando vapor desde la parte inferior del desgasificador. Cuando agua y vapor entran en contacto, se consigue subir la temperatura del agua, ventilando los gases disueltos en esta. El agua, ya desgasificado, se almacena en un tanque debajo del desgasificador, que sigue con el proceso de recuperación de calor de la caldera. El esquema básico del desgasificador puede verse en la Figura 5. 11 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Figura 5. Desgasificador térmico de pulverización. • Desgasificador de vacío: Su principio de funcionamiento de basa en la eliminación de gases mediante la creación de vacío. Unas bombas eliminan el aire dentro del desgasificador haciendo que la densidad del aire dentro de éste disminuya. De esta manera, en la cámara se crea un vacío a través de la extracción de aire y su venteo al exterior. El esquema del proceso se describe en la Figura 6. Figura 6. Desgasificador de vacío. • Desgasificador químico: En este tipo de desgasificador se produce un proceso de adición de unos productos químicos, almacenados en depósitos, a la red de agua de suministro. Estos productos se encargan de eliminar el oxígeno indeseado del agua. Este tipo de desgasificadores 12 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 conlleva un aumento de los costos, tanto del uso de estos compuestos, como su purga para evitar posibles deposiciones de residuos. 2.4. Control de procesos industriales El control de procesos industriales tiene como tecnología principal la adquisición de datos del proceso para su posterior análisis y toma de decisiones con la mínima intervención humana posible, consiguiendo de esta manera información del proceso rápida y directa, proporcionando la seguridad de tener siempre el proceso bajo control. Este control ha ido ganando importancia en el tiempo, siendo, en muchos casos, imprescindible. Algunos de los ejemplos que hacen de la automatización y control de procesos son los siguientes: • Eliminar o reducir el error humano. • Reducir el trabajo y los costos asociados a este trabajo. • Minimizar el consumo de energía. • Reducir el tamaño de la planta. • Reducir emisiones nocivas medioambientales. • Optimización de productividad, al tener un control continuo del proceso. Algunos de ejemplos expuestos pueden verse en la Figura 7. Figura 7. Diferencia entre control manual y control automático. En este control y automatización de procesos se pueden destacar dos familias de controladores, aunque existen otras, que son las más usadas a nivel mundial: PLC y DCS. Estos controladores han sido diseñados para el control de procesos industriales y para que sean fácilmente programables con unos conocimientos 13 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 especializados previos. Las principales diferencias entre estas dos tecnologías se pueden observar en la Tabla 1. Tabla 1. Diferencia entre PLC y DCS. PLC DCS Tiempo de respuesta Tiempo de resuesta rápidos. Respuesta casi en tiempo real. Tiempo de respuestas mas lentos que PLC. Tiene que procesar mas datos. Escalabilidad Manejo de cientos o pocos miles de puntos de E/S. Manejo de miles puntos de E/S. Uso Automatización de procesos independientes. Automatización de procesos continuos. Flexibilidad Menos flexible. Usado para procesos dedicados. Más flexible. Usado para procesos con ajustes frecuentes. Redundancia E/S no tolerantes a fallas o muy costoso. E/S tolerantes a fallas. Precio Precio bajo. Precio alto. 14 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 3. Documentación necesaria para acometer el proyecto Para llevar a cabo el proyecto nos apoyaremos en los siguientes documentos: • Descripción de control: documento que ofrece de forma genérica todos los pasos secuenciales que se llevarán a cabo: Este documento engloba tanto pasos principales como opcionales, cubriendo todas las posibles situaciones que se producirían en el control. Este documento se describirá en el punto 6 más adelante. • Descripción lógica: documento que explica todo el control de equipos, instrumentos y secuencias de forma combinacional. Para más información ver el ANEXO B. • P&ID: documento que recoge los gráficos en el que se basará para la realización de los gráficos HMI. En él se muestra de forma detallada el flujo de proceso, las tuberías, equipos e instrumentos. Para más información ver el ANEXO A. • Esquema eléctrico: documento con una representación gráfica y simplificada de los circuitos eléctricos de equipos y señales. Para más información ver el ANEXO C. • Esquemas desarrollados de cableado: documento que muestra la asignación completa de tarjetas y armarios de comunicación para las señales y equipos. Ofrece, de forma adicional, información del último nivel de KKS y un nombre correlativo para cada señal, para que sea más fácilmente visible entre diferentes documentos. Para más información ver el ANEXO D. • Lista de señales: listado con todas las señales por las cuales leeremos y escribiremos directamente sobre los instrumentos y equipos de planta. Este documento se ha realizado por parte de ingeniería a partir de los documentos antes descritos. Con ella se crearán los bloques lógicos en el DCS y conectaremos en pantalla las señales necesarias. 15 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 En este documento constarán todos los equipos y medidores que están instalados en campo y se controlarán desde el DCS, además de sus direcciones de comunicación, rango de trabajo y niveles de alarma. Para más información ver el ANEXO F. Este documento será también necesario en la puesta en marcha, ya que se realizará una prueba de señales una a una para comprobar su buen funcionamiento y correcto cableado. • Sistema KKS: Es un sistema codificación que se usa para identificar de forma uniforme todas las plantas, equipos, sistemas y sus conexiones, tanto físicamente como para documentación y programación de toda la planta. El uso del sistema KKS se explicará más adelante en el punto 9 (Nomenclatura de instrumentos y equipos mediante el sistema KKS) y para la asignación de nombres nos apoyaremos en el ANEXO E. 22 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • ZX21: Si transcurren 30 minutos desde que el paso 2 se activa y la presión del generador no es menor de 0.55 barg se activa una alarma “FALLO DE DESPRESURIZACIÓN DE H2 DEL GENERADOR”. Es un aviso. • ZX22: Si transcurren 30 minutos desde que el paso 2 se activa y, en epurge, los dos instrumentos que miden la presión del generador están en mala calidad y el venteo no está por encima del 95% durante 3 minutos, se activa una alarma “E-PURGE DESPRESURIZACIÓN DEL GENERADOR LENTA”. Es un aviso. • ZX23: Si transcurren 60 segundos desde que el paso 2 se activa y el valor de caudal por el caudalímetro del analizador de H2 en CO2 no es mayor de 0.17 m3/h, se activa una alarma “BAJO CAUDAL POR EL ANALIZADOR DE H2 EN CO2”. Es un aviso. • ZX24: Baja presión de suministro de CO2. Abre la válvula de venteo al 100%. 5.1.6. Paso 3: Inicio suministro CO2 El objetivo de este paso es comenzar el suministro de CO2 al generador, mientras se ventea el H2. El paso 3 se inicia cuando se completa la despresurización del generador. El paso queda cumplido en barrido normal cuando la posición de la válvula de suministro de CO2 sea mayor del 31% de apertura, los finales de carrera de la válvula de suministro de CO2 indiquen posición intermedia y transcurran 3 minutos con las dos condiciones anteriores cumplidas. El paso queda cumplido e-purge cuando los finales de carrera de la válvula de suministro de CO2 indiquen posición no cerrada y transcurran 3 minutos con la condición cumplida. En este paso se establece un contador que define el momento en el que se comienza a suministrar CO2 en el generador, el cual comienza a contar en el momento que la válvula de suministro de CO2 queda en posición no cerrada. El contador dará un aviso a las 2 horas de ser iniciado. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: 23 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • ZX31: En modo normal, si transcurren 220 segundos desde que se inicia el paso 3 y no se cumplen las condiciones del paso, se activa una alarma “FALLO APERTURA VÁLVULA SUMINISTRO DE CO2”. Es un aviso. • ZX32: En modo e-purge, si transcurren 220 segundos desde que se inicia el paso 3 y no se cumple la condición del paso, se activa una alarma “FALLO APERTURA VÁLVULA SUMINISTRO DE CO2, EN E- PURGE”. Es un aviso. 5.1.7. Paso 4: Suministro CO2 El objetivo de este paso es establecer el caudal de suministro de CO2 correcto para llevar a cabo el barrido de H2 con CO2, mientras se ventea el H2. El paso 4 se inicia cuando se confirme el inicio de suministro de CO2. El paso queda cumplido en barrido normal y en e-purge, cuando el contador de suministro de CO2 del paso 3 ha contado dos horas y, el caudal de CO2 sea mayor de 3.4 m3/minuto o la válvula de suministro de CO2 esté, como mínimo, a un 95% de apertura. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX40: Si el analizador de H2 en CO2 está en mala calidad después de 10 minutos de haber comenzado el paso, se activa una alarma “MALA CALIDAD DEL ANALIZADOR DE H2 EN CO2”. Es un aviso. • ZX41: Si una vez comenzado el paso, en modo purga normal, no se consiguen las condiciones del paso en 120 segundos, se activa una alarma “SUMINISTRO CO2 BAJO CAUDAL”. Es un aviso. 5.1.8. Paso 5: Concentración H2 en CO2 El objetivo de este paso es lograr una concentración de H2 en CO2 baja, mientras se ventea el H2. El paso 5 se inicia tras la confirmación del correcto caudal de suministro de CO2. El paso queda cumplido en barrido normal o e-purge cuando el caudal que se muestra por el analizador es mayor de 0.17 m3/h, la concentración de H2 en CO2, es menor del 5% durante 60 segundos, las dos condiciones anteriores se 24 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 cumplen a la vez durante 3 minutos y el paso 4 lleva completado por lo menos una hora. Además, para e-purge, en caso de fallo de la instrumentación, lo que el sistema asegura, es que se ha metido todo el CO2 de las botellas, esto ocurre cuando el analizador de H2 en CO2 está en mala calidad, el temporizado iniciado en el paso 3 (indica 2 horas metiendo CO2) se ha completado y la presión de las botellas de CO2 es menor de 5 barg. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX53: En modo normal, si el analizador de H2 en CO2 está en mala calidad y se ha completado el temporizado del paso 3, se activa una alarma “ANALIZADOR EN MALA CALIDAD”. Es un aviso. • ZX54: En cualquiera de los dos modos, si el analizador está en buena calidad y no se consigue la pureza de H2 en CO2 menor del 5% durante 60 segundos, cuando el temporizador iniciado en el paso 3 ha terminado, se activa una alarma “ALTA CONCENTRACIÓN DE H2 CON ALTO VOLUMEN DE CO2 SUMINISTRADO”. Es un aviso. 5.1.9. Paso 6: Presurización con CO2 El objetivo de este paso es presurizar el generador con CO2, en este punto el venteo se cierra. El paso 6 se inicia al confirmarse la baja concentración e H2 en CO2. El paso queda cumplido en barrido normal o e-purge, cuando la presión del generador es superior a 0.7 barg y la válvula de venteo tiene una posición menor del 5% y se detecta su final de carrera cerrada. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX61: Si 10 minutos después de iniciar el paso 6 no se consiguen las condiciones de paso cumplido, se activa una alarma “GENERADOR BAJA PRESIÓN EN EL PASO 6”. Esta alarma es un aviso. 5.1.10. Paso 7: Finalización de la secuencia El objetivo de este paso es mantener presurizado el generador con CO2, hasta que el operador decida dar por finalizada la secuencia. En este punto la 25 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 válvula de venteo permanece cerrada y la de suministro de CO2 abre cuando la presión es menor de 0.6 barg, y cierra cuando supera los 0.7 barg. El paso 7 se inicia cuando se confirma que la válvula de venteo está cerrada y la presión del generador supera los 0.7 barg. El paso queda cumplido en barrido normal o e-purge cuando el operador acciona el botón de fin de secuencia. En el paso actual no se generará ninguna alarma. Una vez completado el paso 7 la secuencia se queda en el estado de secuencia terminada y los pasos intermedios completados se desactivan. Además, aparecerá un aviso en la pantalla de “SECUENCIA TERMINADA”. Cuando el Operador reinicia la secuencia, se retira el aviso de “SECUENCIA TERMINADA”. El sistema queda preparado para poder iniciar la secuencia, si los permisos lo permiten. 5.1.11. Aborto de secuencia La secuencia se barrido se aborta, estando en cualquier paso, si ocurre cualquiera de las siguientes situaciones: • Válvulas de suministro de H2 no cerradas en purga normal. • Se detectan las dos válvulas de corte de suministro de H2 abiertas, en el paso 1, en modo e-purge. • Mala calidad de los dos transmisores de presión del generador en purga normal. • Anomalía en la válvula de venteo en purga normal. • Anomalía en la válvula de suministro de CO2 en purga normal. • Mala calidad de los transmisores de presión de las botellas y manifold de CO2 en purga normal. • La presión de las botellas es menor de 10 barg o la presión del manifold de CO2 es menor de 5.2 barg en purga normal. • El operador confirma el paro de la secuencia en purga normal. • El operador confirma el paro de la secuencia en modo e-purge. 26 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 5.2. Barrido de CO2 a aire El objetivo de la operación normal de este barrido es barrer el CO2 generador con aire, de una forma automática, controlada y supervisada por operación desde la sala de control. En este caso solo existe un modo de operación, el modo de operación normal. El diagrama de flujo de este modo de operación puede vere en la Figura 9. Figura 9. Diagrama de flujo del barrido de CO2 a aire. 5.2.1. Operación normal de barrido de CO2 a aire Previo al barrido de CO2 con aire es necesario alinear mecánicamente el sistema de aire en el spool de H2, lo que hará que la línea por donde se suministraba CO2 en el barrido de H2 con CO2, ahora se suministre aire. Para llevar a cabo este barrido, se han de cumplir los permisos y que el operador accione el pulsador de marcha. El sistema alineará el suministro de aire al generador y venteará el CO2 del generador. Cuando la concentración de CO2 en 27 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 aire baje del 5%, se procede a cerrar el venteo para presurizar el generador con aire. Cuando se consigue la presión requerida, en las pantallas del generador aparecerá un mensaje visible “GENERADOR PRESURIZADO CON AIRE” junto con la presión del generador. Este proceso puede verse esquematizado en la Figura 9. Una vez presurizado con aire se han de realizar acciones manuales para despresurizar el generador. Cuando se acciona el botón de paro o se producen las condiciones para abortar la secuencia, se deshabilita la operación de barrido con lo que se cerrará la válvula de suministro de aire y el venteo. Por su parte las válvulas de suministro de H2 permanecerán cerradas. Aparecerá en las pantallas del Generador un mensaje visible “SECUENCIA DE BARRIDO ABORTADA”. 5.2.2. Permisos de inicio de la secuencia Los permisos para realizar un barrido normal se cumplen cuando todas las siguientes condiciones se cumplen: • Válvula motorizada de venteo (AA301) cerrada y en modo automático. • Válvula motorizada de suministro de Aire (AA302) cerrada y en modo automático. • Válvulas solenoides de suministro de H2 (AA401 y AA402) cerradas. • Válvula solenoide de aislamiento del analizador de H2 (AA403) en modo automático. • Válvulas manuales AA001, AA006, AA009 y AA013 cerradas. • Válvulas manuales AA007 y AA018 abiertas. • Sistema seleccionado: modo CO2 a Aire. • Turbogrupo disparado. • Instrumentación en buena calidad. 5.2.3. Paso 1: Despresurización del generador El objetivo de este paso es abrir el venteo, y dejar que controle la presión del generador durante todo el proceso a 0.55 barg y alinear el analizador de CO2 en aire. 28 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 El paso 1 se inicia cuando se dan los permisos para realizar el barrido y se acciona el botón de marcha. El paso queda cumplido en barrido normal cuando la presión de suministro de aire es mayor de 5.8 barg con el transmisor de presión en buena calidad y la presión en el generador es menor de 0.55 barg con el instrumento en buena calidad. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX11: Si transcurren 30 minutos desde que el paso 1 se activa y, ademas, la presión del generador no es menor de 0.55 barg se activa una alarma “FALLO DE DESPRESURIZACIÓN DE AIRE DEL GENERADOR”. Es un aviso. • ZX12: Si transcurren 60 segundos desde que el paso 1 se activa y el valor de caudal por el caudalímetro del analizador de aire en CO2 no es mayor de 0.17 m3/h, se activa una alarma “BAJO CAUDAL POR EL ANALIZADOR DE AIRE EN CO2”. Es un aviso. 5.2.4. Paso 2: Inicio suministro de aire El objetivo de este paso es comenzar el suministro de aire al generador y alinear el analizador de CO2 en aire, mientras se ventea el CO2. El paso 2 se inicia tras la despresurización del generador. El paso queda cumplido en barrido cuando la posición de la válvula de suministro de aire sea mayor de 30% o se detecte abierta y transcurra 1 minuto desde que cumple esta condición. En este paso se establece un contador que define el momento en el que se comienza a suministrar aire en el generador. Comienza a contar en el momento que la válvula de suministro de aire queda en posición no cerrada. El contador dará un aviso a las 2 horas de ser iniciado. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX21: Si la válvula de suministro de aire no está abierta al menos al 30% durante 3 minutos cuando el paso 2 lleva activo 220 segundos, se activa una alarma “FALLO EN LA APERTURA DE LA VÁLVULA DE AIRE”. Es un aviso. 29 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 5.2.5. Paso 3: Suministro de aire El objetivo de este paso es el suministro de aire al generador, mientras se ventea el CO2. El paso 3 se inicia cuando se detecta que se está comenzando a suministrar aire. El paso queda cumplido en barrido cuando la posición de la válvula de suministro de aire sea mayor de 95% se detecte abierta y el caudal de aire sea mayor de 3.4 m3/minuto. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX30: Si el analizador de CO2 en aire está en mala calidad después de 10 minutos comenzado el paso, se activa una alarma “MALA CALIDAD DEL ANALIZADOR DE CO2 EN AIRE”. Es un aviso. • ZX31: Si una vez comenzado el paso, no se consiguen las condiciones del paso en 120 segundos, se activa una alarma “SUMINISTRO AIRE BAJO CAUDAL”. Es un aviso. 5.2.6. Paso 4: Concentración de aire en CO2 El objetivo de este paso es lograr una concentración de aire en CO2 alta, mientras se ventea el CO2. El paso 3 se inicia cuando el suministro de aire es el deseado. El paso queda cumplido cuando el caudal muestra por el analizador es mayor de 0.17 ft3/h, la concentración de CO2 en aire, es menor de 5% durante 60 segundos, las dos condiciones anteriores se cumplen a la vez durante 3 minutos y se cumplen 2 horas desde el inicio de suministro de aire. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX43: Si el analizador de CO2 en aire está en mala calidad y se ha completado el temporizado del paso 2, se activa una alarma “ANALIZADOR EN MALA CALIDAD”. Esta alarma aborta la secuencia. • ZX44: Si el analizador está en buena calidad y no se consigue la pureza de CO2 en aire mayor del 5% durante 60 segundos cuando el temporizador iniciado en el paso 2 ha terminado, se activa una alarma “ALTA CONCENTRACIÓN DE CO2 CON ALTO VOLUMEN DE AIRE SUMINISTRADO”. Es un aviso. 30 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 5.2.7. Paso 5: Presurización con aire El objetivo de este paso es presurizar el generador con aire, en este punto el venteo y la válvula hacia el analizador (AA403) se cierran. El paso 5 se inicia tras conseguir la concentración de aire en CO2 deseada. El paso queda cumplido cuando la presión del generador es superior a 0.7 barg y el venteo tenga una posición menor del 5% y se detecte su final de carrera cerrado. En el paso actual se generarán las siguientes alarmas: • ZX51: Si 10 minutos después de iniciar el paso 5 no se consiguen las condiciones de paso cumplido, se activa una alarma “GENERADOR BAJA PRESIÓN”. Esta alarma es un aviso. 5.2.8. Paso 6: Finalización de la secuencia El objetivo de este paso es mantener presurizado el generador con aire, hasta que el operador decida. En este punto el venteo permanece cerrado y la válvula de suministro de aire abre cuando la presión es menor de 0.6 barg y cierra cuando supera los 0.7 barg. El paso 6 se inicia cuando se consigue la presurización con aire. El paso queda cumplido cuando el operador acciona el botón de fin de secuencia. En el paso actual no se generará ninguna alarma. Una vez completado el paso 6 la secuencia se queda en el estado de secuencia terminada y los pasos intermedios completados se desactivan. Ademán, aparecerá un aviso en la pantalla de “SECUENCIA TERMINADA, GENERADOR CON AIRE”. Cuando el operador reinicia la secuencia, se retira el mensaje de “SECUENCIA TERMINADA, GENERADOR CON AIRE”. El sistema queda preparado para poder iniciar la secuencia, si los permisos lo permiten. Una vez completada la secuencia, el operador realiza las operaciones de cerrar la trampa flotador y parar el sistema de aceite de sellos. 31 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 5.2.9. Aborto secuencia La secuencia se barrido se aborta, estando en cualquier paso, si ocurre cualquiera de las siguientes situaciones: • Válvulas de suministro de H2 no cerradas. • Mala calidad de los dos transmisores de presión del generador. • Mala calidad en el analizador de CO2 en aire tras 2 horas desde el inicio del suministro de aire durante la concentración de aire en CO2 (alarma ZX43). • Anomalía en la válvula de venteo. • Anomalía en la válvula de suministro de aire. • Mala calidad de los transmisores de presión del sistema de aire comprimido. • Presión de suministro de aire menor de 10 barg. • El operador confirma el paro la secuencia. 5.3. Barrido de aire a CO2 El objetivo de la operación normal de este barrido es barrer el aire generador con CO2, de una forma automática, controlada y supervisada por operación desde la sala de control. En este caso solo existe un modo de operación, el modo de operación normal. El diagrama de flujo de este modo de operación puede ver en la Figura 10. 38 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 6. Hardware En el apartado de hardware se verán todos los dispositivos y conexiones necesaria para la comunicación entre los equipos de campo y el DCS, tanto para lectura de entradas como para escritura de salidas. En este punto, cabe destacar que se usará un procesador ya existente, un FCP280, y cuatro tarjetas de comunicación, con sus correspondientes TA. Todo ello estará interconectado con los demás procesadores y las demás tarjetas de comunicación formando así una red global de la planta, llamada red mesh. Por este motivo, esta red es la más importante del sistema, capaz de comunicar todos los equipos de todos los procesadores con todas las estaciones de ingeniería y de operación. En la Figura 11 puede verse un esquema aproximado del conexionado entre el elemento final y las estaciones. Figura 11. Comunicación general. 6.1. Procesador Como se ha dicho anteriormente, como procesador se usará un FCP280 (ver Figura 12) existente, ya que coexisten cuatro procesadores en de la misma familia en la planta, ya sean de la misma generación o generaciones anteriores, lo que produce una gran sincronización y una configuración muy siempre entre ellos y, además, este es un procesador relativamente nuevo y con poca carga de trabajo, lo que lo convierte en un candidato ideal para acometer el montaje del sistema y abaratar costos. Este procesador de Foxboro, propiedad de Schneider Electric, es un procesador de control de campo de última generación que realiza un control 39 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 regulatorio, lógico, de temporización y secuencial a través de las FBM conectadas. Figura 12. FCP280 redundante y adaptadores de red. Este procesador tiene las siguientes características: • Pantalla de cristal líquido (LCD) y teclas en la parte frontal del FCP280 que permiten la configuración y lectura de los errores, de las funciones de los módulos y de los estados en tiempo real. • Ejecución de hasta 16000 bloques por segundo. • Configuración de hasta 8000 bloques. • Memoria de 15.75MB, destinada a los bloques. 6.2. Módulos de comunicación Las FBM son unos módulos de comunicación que usan el protocolo fieldbus para conectar los instrumentos y equipos al DCS y tener un control de estos en tiempo real. En este proyecto se usarán cuatro tipos de FBM diferentes: • FBM242: módulo de bus de campo de salidas discretas. Proporciona hasta 16 salidas de conmutación de voltaje con una fuente de 40 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 alimentación externa. Cada salida se encuentra aislada galvánicamente de otros canales y de tierra. • FBM217: módulo de bus de campo de entradas digitales con detección de voltaje. Proporciona hasta 32 canales digitales. • FBM211: módulo de bus de campo de entradas analógicas con asilamiento diferencial. Proporciona hasta 16 entradas analógicas, cuyos canales soportan de 0 a 20 mA. • FBM237: módulo de bus de campo de salidas analógicas. Proporciona hasta 8 canales salidas analógicas de 0 a 20 mA. Cada canal está aislado galvánicamente de otros canales y de tierra. Este módulo tiene posibilidad de usarse de forma unitaria o de forma redundantes (con otro FBM237). 6.3. Red de comunicación Partiendo desde los módulos de comunicación, se conecta cada FBM a una TA individual mediante un termination cable, que es el cable de conexión entre la TA y el FBM. A estas TAs llegan todos los hilos de cobre de los instrumentos y equipos existentes en campo, quedando de esta manera cableados todos los equipos e instrumentos a los módulos de comunicación. El cableado entre los FBM y las TA puede verse en la Figura 13. Figura 13. Comunicación entre FBM y TA. Las FBM se unifican en unas bases llamadas baseplate, instalándose en slots que tienen estos baseplates (ver Figura 13 para ver un baseplate). Cada 41 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 baseplate cuenta con 8 slots y pueden ampliarse conectando los baseplate en serie, hasta un total de 4 baseplate como máximo. El primer baseplate de la conexión serie se conecta al procesador mediante un cable, llamado “CP Fieldbus Cable”. Ver Figura 14. Figura 14. Conexión entre procesador y baseplate. De esta forma, los equipos e instrumentos finales de campo quedan comunicadas con el procesador, teniendo esta posibilidad de leer datos de campo y escribiendo sobre ellos. Los procesadores se conectan a unos switches, mediante fibra óptica, y estos switches se conectan mediante cable de red a las estaciones de ingeniería, estaciones de operación, servidores y otros switches. Otros procesadores siguen la misma estructura, quedando así definida la red mesh, donde toda la planta queda comunicada en una gran red. Ver Figura 15. Figura 15. Conexión entre procesadores y switches. 42 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 7. Herramientas software A continuación, se detallará las herramientas software, tanto de control como gráficas usadas en este proyecto. Todas ellas pertenecientes a Foxboro de Schneider Electric, ya que está especializado en sistemas de control distribuidos para plantas industriales. 7.1. Herramientas para el control del proceso Para el control de procesos se usará ICC, un configurador el cual proporciona los procedimientos necesarios para configurar la base de datos de control de procesos, los bloques de control de equipos y sus parámetros. Mediante ICC se determinará en que procesador se hará el cargado de señales y el control. Además, se establecerán las direcciones de comunicación y se virtualizarán las tarjetas de comunicación usadas para la lectura/escritura de señales. El control de procesos para los sistemas de Foxboro se basa en los conceptos de compounds y bloques. Un compound es una colección lógica de bloques que realiza una estrategia de control. Un bloque es miembro de un conjunto de algoritmos que realiza una determinada tarea de control dentro de la estructura compuesta. La Figura 16 muestra la relación compound/bloque. Figura 16. Diagrama de relación entre compound y bloque. 43 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Dentro de esta estructura, cualquier bloque de cualquier compound se puede conectar a cualquier otro bloque de cualquier otro compound del sistema. 7.1.1. Compound Un compound es una colección lógica de bloques que realiza una estrategia de control. Este proporciona la base para la integración de control continuo, lógica de ladder y control secuencial. En la Figura 17 puede verse el diagrama de entradas y salidas del bloque compound. Figura 17. Diagrama de bloque Compound. El compound tiene las siguientes características: • Prioridad de alarmas de proceso, inhibición de alarmas y agrupación de alarmas • Notificación de estado de secuencia. • Diferentes fases para equilibrio de cargas en ejecución. • Se pueden ejecutar múltiples compounds dentro de la misma estación. • Los bloques en diferentes compounds se pueden interconectar entre ellos. • Cada compound debe tener un nombre único de 6 caracteres. En el caso de este proyecto, como todo el proceso se encuentra de la misma estrategia de control usaremos un solo compound, llamado 4MKA01, nombre que impone el cliente basándose en el código KKS (ver Nomenclatura de instrumentos y equipos mediante el sistema KKS). 44 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 7.1.2. Bloque Un bloque es un elemento de un conjunto de algoritmos que realiza una determinada tarea de control dentro de la estructura compound. Dentro de esta estructura, cualquier bloque de cualquier compound se puede conectar a cualquier otro bloque de cualquier otro compuesto del sistema. El bloque contiene parámetros que tienen valores de los tipos: real, booleano, booleano empaquetado, booleano largo, entero o cadena. Los bloques se usan tanto para leer o escribir directamente al proceso, hacer lógica, hacer secuencias o ser usados para los gráficos, para ofrecer información al operador o que este interactúe con el proceso. Generalizando, todos los tipos de bloques tienen unos parámetros básicos, que se muestran a continuación: • NAME: nombre. Se indica tanto nombre del compound al que pertenece como el nombre del bloque como tal, separado uno del otro con “:”. El nombre puede tener máximo 12 caracteres, y el compound 6 caracteres. • TYPE: tipo. Da información del tipo de bloque que se va a describir. • DESCRP: descripción. Ofrece una breve descripción, hasta 32 caracteres, de que información nos ofrece el bloque. • PERIOD: periodo. Indica el periodo del bloque, cada cuanto tiempo debe ejecutarse. • PHASE: fase. Es una información complementaria al periodo. Nos dice, dentro del periodo de ejecución, en qué momento de este debe ejecutarse. Suelen usarse diferentes fases para no sobrecargar el procesador. • LOOPID: identificador del lazo. Este parámetro muestra a que lazo de control pertenece el bloque. No es un bloque necesario, pero suele usarse para una mejor organización de la planta o de los procesos. • MA: manual/automático. Parámetro que nos permite cambiar el bloque entre manual y automático. 0 = manual y 1 = automático. • BAD: estado de mala calidad. Salida digital que se dispara cuando la entrada o salida del bloque pasa a mala calidad. Genera una alarma. Para el presente proyecto se usará una pequeña parte de la cuantía de bloques disponibles, los cuales se muestran a continuación. 45 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 7.1.2.1. ACCUM Un bloque ACCUM es un bloque acumulador, cuenta con una entra analógica, que usa para contar y sumar al total y un factor de medida, ya que expresa el volumen de flujo por pulso. En el presente proyecto se usará este tipo de bloque como un contador de tiempo. Su diagrama se muestra en la Figura 18. Figura 18. Diagrama de bloque ACCUM. Principales parámetros: • MEAS: Entrada analógica de entrada. Por defecto, el bloque ACCUM suma la cantidad que marca el parámetro MEAS al total (OUT) cada ciclo de ejecución del bloque (PERIOD). • EI1: Unidad de ingeniería de la entrada (MEAS). • SET: Entrada booleana que obliga al acumulador al valor de entrada PRESET cuando SET hace una transición de 0 a 1. De forma automática, el bloque ACCUM pone este parámetro a cero si no tiene ninguna conexión. • CLEAR: Entrada booleana que establece la salida del acumulador en cero cuando CLEAR hace una transición de 0 a 1. • HOLD: Entrada booleana. Cuando es verdadero, HOLD fuerza al bloque a pausa, manteniendo la salida en su último valor calculado. 46 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 7.1.2.2. AIN Bloque de entrada analógica. recibe un valor de entrada analógica de la FBM o de otro bloque y lo convierte en un valor utilizable para la estrategia de control. Tiene capacidad de gestión de hasta 4 alarmas por nivel (alarma muy alta, alta, baja y muy baja) y su rango de trabajo y unidad de ingeniería son totalmente configurables. Su diagrama se muestra en la Figura 19. Figura 19. Diagrama de bloque AIN. Principales parámetros: • IOM_ID: entrada de conexión de la FBM. Marca la dirección de la tarjeta de comunicación de la que toma los valores de entrada. • HSCO1: límite superior del rango de trabajo. Si el valor analógico supera el valor marcado en este parámetro, el bloque entraría en mala calidad. • LSCO1: límite inferior del rango de trabajo. Si el valor analógico baja del valor marcado en este parámetro, el bloque entraría en mala calidad. • EO1: Unidad de ingeniería de la entrada analógica. • HAI: Indicador de alarma de alto. Genera, si está habilitada, una alarma. También puede usarse como indicador para el proceso. 47 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • LAI: Indicador de alarma de bajo. Genera, si está habilitada, una alarma. También puede usarse como indicador para el proceso. • HHAIND: Indicador de alarma de muy alto. Genera, si está habilitada, una alarma. También puede usarse como indicador para el proceso. • LLAIND: Indicador de alarma de muy bajo. Genera, si está habilitada, una alarma. También puede usarse como indicador para el proceso. • MEAS: Entrada analógica. Si está en simulación puede tomar el valor que se desee o que esté gobernado por otro bloque. Si no está en modo simulación marca el valor de campo, según la información que le llegue desde las tarjetas de comunicación. • PNT: Salida analógica. Valor, normalmente, igual al MEAS. Se usa tanto para proceso como para visualización en pantalla. 7.1.2.3. CALCA Bloque de cálculo avanzado, proporciona funciones lógicas y capacidad de cálculo aritmético dentro de un entorno integrado. Tiene la capacidad de realizar lógica y cálculo con hasta 16 entradas booleanas y 8 analógicas, teniendo capacidad de sacar hasta 8 salidas booleanas y 4 analógicas, entre otros. Es usado para hacer los típicos de control de los equipos y también para hacer secuencias. El diagrama del bloque CALCA se puede ver en la Figura 20. Figura 20. Diagrama de bloque CALCA. El CALCA es uno de los bloques principales del sistema, ya que se encarga de toda la lógica combinacional. En esta lógica combinacional las operaciones se harán pasando unas entradas por puertas lógicas, biestables, temporizadores y otros elementos consiguiendo así dar las salidas deseadas. Principales parámetros: 54 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • TRACK: entrada analógica que bloque a la salida OUT con el valor introducido en este parámetro si el bloque se encuentra en automático y en modo track. • TRKENL: modo track. Entrada booleana que, si es verdadera, permite que la salida OUT siga a la entrada TRACK, sin control. • HOLIM: limite alto de salida. Es una entrada real que establece un valor máximo de salida. • LOLIM limite bajo de salida. Es una entrada real que establece un valor mínimo de salida. • MANSW: entrada booleana que, si es verdadera pone el bloque PIDA en modo manual. • AUTSW: entrada booleana que, si es verdadera, pone el bloque PIDA en modo automático. En caso de que el parámetro MANSW también sea verdadero, este tiene prioridad y pasa el bloque a modo manual. • OUT: salida. En modo automático es el resultado del algoritmo del bloque. 7.1.2.9. STALM Bloque de alarma de estado. Es un bloque anunciador de alarma para activar el mecanismo de alarma del sistema ante condiciones de alarma detectadas. Otros bloques que no tienen funciones de generación de alarmas pueden usar este tipo de bloque para generar alarmas. El diagrama del bloque STALM puede verse en la Figura 26. El bloque STALM tiene capacidad de generar alarmas por mala calidad de otro bloque o generar alarmas con prioridad variable y en diferentes tipos de alarma. Figura 26. Diagrama de bloque STALM. 55 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Principales parámetros: • IN. Entrada. Entrada booleana que se vincula con la señal digital que se quiere que genere la alarma. • BAO: opción de alarma de mala calidad. Es un booleano configurable que, cuando se configura como verdadero, habilita la generación de alarmas de entrada/salida en mala calidad. • SAP: prioridad de alarma de estado. Es una entrada de número entero, que va de 1 a 5, que establece el nivel de prioridad de la alarma de estado, siendo el 1 el nivel de alarma más prioritario y 5, el menos. • SAG: grupo de alarmas de estado. Es una entrada de tipo entero que dirige los mensajes de alarma a uno de los ocho grupos de alarma. • UNACK: notificación de alarma. Es una salida booleana que el bloque establece en verdadero cuando detecta una alarma y se establece en falso por acción del operador. 7.1.2.10. SWCH Bloque de interruptor. Es un selector entre dos entradas reales que produce el cambio en función de una variable de control digital, haciendo la función de “toggle” o cambio. Tienen una función de balance interno para que el cambio de valor se realice sin interrupciones. El diagrama del bloque SWCH puede verse en la Figura 27. Figura 27. Diagrama de bloque SWCH. Principales parámetros: • INP1 a INP2: entradas reales, una de las cuales se envía a la salida (OUT) en función del parámetro TOGGLE. 56 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • TOGGLE: cambio o alternancia. • BTIME1 A BTIME2: tiempo de equilibrio. Es una entrada real que especifica el tiempo de equilibrio para cambiar entre las entradas 1 y 2, siendo BTIME1 el cambio de la entrada 2 a la entrada 1 y BTIME2 el cambio de la entrada 1 a la entrada 2. La salida se aproxima al valor de la entrada de destino con una respuesta característica de un retraso de primer orden que tiene una constante de tiempo configurada en este parámetro (BTIME1 o BTIME2), en minutos. • OUT: salida. Refleja la entrada real seleccionada (INP1 o INP2). 7.2. Herramientas gráficas Tanto para la visualización de gráficos como para la manipulación de equipos y señales del proceso se usará la herramienta Foxview, de Foxboro. Todas las pantallas, carátulas y objetos visibles con Foxview son totalmente editables, o creadas, con la herramienta Foxdraw, también de Foxboro. 7.2.1. Foxview Foxview es la interfaz de Foxboro entre el usuario y el proceso. Desde Foxview se puede interactuar con cualquiera de los datos de la planta, campo o proceso en tiempo real. Un ejemplo de una señal vista en Foxview puede verse en la Figura 28. Entre las características que ofrece esta herramienta encontramos: • Ingreso de diferentes entornos operativos, configurables por el ingeniero, con diferentes permisos o privilegios. Así cada usuario podría ingresar con su usuario y contraseña y en función de la posición en la que se encuentre en la empresa, tener privilegios para manipular ciertos procesos o no, como podrían ser desde pulsar un simple botón hasta apagar o reiniciar un procesador. • Ejecución de líneas de tendencia en tiempo real e históricos. • Acceso directo a pantallas dinámicas del proceso. • Servicio y visualización de alarmas del proceso, usando el Alarm Manager. 57 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • Acceso a Foxselect, que a su vez proporciona una descripción general de los compounds y bloques de la base de datos de control, y acceso a las pantallas de detalle de los bloques. • Acceso a otras aplicaciones, tales como Foxdraw, System Management o ICC. Figura 28. Ejemplo de pantalla en Foxview. 7.2.2. Foxdraw Foxdraw es el generador/configurador de pantallas que se utiliza para crear las pantallas gráficas, que se reproducirán mediante Foxview, para ver la dinámica del proceso. Esta herramienta tiene la posibilidad de crear pantallas, carátulas de equipos y objetos que representen la planta, un área de proceso o una parte del proceso, todo mediante herramientas de dibujo y paletas de objetos gráficos. Foxdraw también es usado para para conectar objetos de visualización a variables de proceso y acciones de operación, proporcionando actualizaciones dinámicas como un método que interactúa con el proceso. 58 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 En la Figura 29 se puede ver una pantalla en modo de edición mediante la herramienta Foxdraw. Figura 29. Ejemplo de pantalla en Foxdraw. 7.3. Otras herramientas software 7.3.1. System Management System Management es el software que supervisa el estado de la red y el hardware de su sistema. Este estado se supervisa desde el botón “System” de Foxview. Un cambio en el estado del sistema se indica mediante el color y el parpadeo de este botón. Al hacer clic en el botón Sistema, se abre la ventana de la aplicación del sistema, que le permite: • Reconocer alarmas del sistema • Monitorear el estado de los equipos y comunicaciones en cada estación de ingeniería. • Realizar tareas, tales como puntos de control del sistema, actualizar una EEPROM o encender o apagar equipos. • Diagnósticos. 59 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Para poder acceder al System Management se necesita un entorno con un alto privilegio en Foxview, como podría ser el entorno de ingeniería. 7.3.2. Alarm Manager El Alarm Manager proporciona las pantallas de alarma para ver y responder a las alarmas del proceso. A este se puede acceder desde el botón “Procces” de Foxview y dentro encontramos todas las condiciones de alarma existente. Estas están diferenciadas por colores según su prioridad, para que las alarmas más críticas sean más fácilmente reconocibles. Además de cada alarma existente muestra información básica y ofrece opciones de reconocimiento de esta o de un grupo de alarmas. En la Figura 30 se ve un ejemplo del panel de alarmas o alarm panel. Figura 30. Panel de alarmas de proceso. 7.3.3. Foxselect Foxselect proporciona una representación de la base de datos de control. A esta herramienta se puede acceder desde el botón “Select” de Foxview. Un ejemplo de la pantalla de Foxselect puede verse en la Figura 31. Esta herramienta es recomendable para: • Visualizar y operar las pantallas de detalle de los bloques, compounds o estación en Foxview. • Apagar/Encender compounds y sus bloques asociados. 60 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • Visualizar el mapa de red de los bloques y compounds dentro de la base de datos de control y dentro de las estaciones o procesadores. • Ver un breve estado de los bloques. Podría visualizarse rápidamente si el bloque se encuentra en automático, manual, indefinido o en error. Figura 31. Foxselect. 61 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 8. Control de instrumentos y equipos El control de instrumentos y equipos se lleva a cabo a partir de un documento llamado macro de control o descripción lógica, estas son estructuras lógicas que gestiona la visualización de equipos, la manipulación de equipos y las entradas y salidas de los equipos, para más información, ver el ANEXO B. Podría también describirse como un numero de bloques que, conexionados entre sí, forman un equipo más complejo y es capaz de mandar ordenes al equipo real o visualizar el estado de este. De esta forma, las macros de control tendrán unas entradas, que son estados del equipo y que son normalmente usadas tanto para lógica como para visualización, y unas salidas, usadas para órdenes. Las macros de control son una parte fundamental para el control de una planta, ya que ofrece al operador la posibilidad de controlar equipos o iniciar/parar una secuencia directamente desde la pantalla. Además, al tratarse de estructuras lógicas combinacionales, son capaz de ofrecer información o detectar fallos en tiempo real de los equipos reales implementados en planta. De esta forma el operador podría ver de manera instantánea si hay un problema en planta, saber que es o de donde proviene, resolverlo e incluso hacer que el sistema vuelva a la normalidad. Figura 32. Relación entre DCS, macro de control y accionamiento. 62 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 El importante rol que tienen las macros de control puede verse en la Figura 32. Puede observarse, como se ha explicado con anterioridad, como la macro interactúa constantemente con los equipos de campo y a su vez se comunica mediante el DCS al HMI ofreciendo información del estado de estos equipos y ejerciendo ordenes sobre estos. A continuación, se detallarán los diferentes macros de control que podemos encontrarnos en este proyecto. 8.1. Entradas analógicas Las entradas analógicas son señales o mediciones del sistema, tales como temperaturas o presiones, que se conectan al sistema mediante una dirección y punto de las tarjetas de comunicación. Las entradas analógicas aportan información importante para el control de PID y secuencias, además de generar alarmas si encuentran anomalías en la medición. Figura 33. Macro básica de entrada analógica. En la Figura 33 se puede ver la macro básica o estándar de una entrada analógica. En ella se puede observar como la entrada viene de una FBM211, una tarjeta de comunicación de entradas analógicas, y tiene cinco salidas, la salida OUT se usa tanto para visualización en pantalla o para otro tipo de lógico o secuencia, y las salidas de HH, H, L y LL son las alarmas que genera el bloque de muy alto, alto, bajo y muy bajo, respectivamente. Estas últimas cuatro salidas son opcionales, pudiéndose configurar individualmente. Para más información, ver el ANEXO B. Visualmente, las entradas analógicas serán como el ejemplo mostrado en la Figura 34. 63 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Figura 34. Ejemplo de visualización de entrada analógica. En el ejemplo se puede diferenciar el valor real en la parte izquierda, seguido de su unidad de ingeniería, en el centro, y por último una “F” en color negro dentro de un cuadrado en color azul, indicando que está en modo manual, desapareciendo si se encontrara en modo automático. 8.2. Válvula manual Las válvulas manuales son un tipo de válvulas que necesitan ser accionadas directamente por una persona en planta, o por un motor. En este sentido, las válvulas manuales no tienen control desde el HMI, solo visualización. Para estas válvulas manuales contamos, como entradas, con el final de carrera cerrado y el final de carrera abierto de la válvula para visualización y anomalías, así como la orden de rearme de anomalías por parte de operación, y accesible desde una carátula individual de cada válvula. Para más información sobre la macro, ver ANEXO B. Figura 35. Válvula manual y sus posibles estados. Como se puede ver en la Figura 35, la visualización de la válvula manual son dos triángulos equiláteros enfrentados por uno de sus vértices además de tener un aviso luminoso en la parte superior indicando anomalía (1). Las válvulas manuales pueden tener los siguientes estados: • Abierto (2): el final de carrera de cerrado marca ‘no cerrado’ y el final de carrera de abierta marca ‘abierto’. Visualmente se denota porque el símbolo de la válvula es totalmente rojo. • Cerrado (3): el final de carrera de cerrado marca ‘cerrado’ y el final de carrera de abierta marca ‘no abierto’. Visualmente se denota porque el símbolo de la válvula es totalmente verde. 70 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 • Descripción (1): al igual que en la caratula principal (Figura 39), ofrece información básica de la válvula. • Botón de cerrar (2): botón de cierre de la carátula. • Anomalías (3): es una lista de las posibles anomalías producidas por proceso. Si hay alguna disparada, aparece resaltada de color naranja. • Permiso de apertura (4): indica si tenemos permiso para poder abrir la válvula. En color rojo se indica que no se puede abrir y en color verde, que tenemos permiso. • Permiso de cierre (5): igual que el caso anterior, indica si tenemos permiso para cerrar la válvula. Si se encuentra en color verse es que se encuentra activo, por tanto, tendríamos permiso. Si por el contrario se encuentra de color rojo, no tendríamos permiso. • Permiso de puesta en modo automático (6): nos indica la posibilidad de poner la válvula en modo automático. De incumplirse alguna condición (se pondría en ese caso su cuadrado en color rojo) no tendríamos permiso y automáticamente la válvula pasaría a modo manual. De encontrarse todas las condiciones activas (en color verde), tendríamos permiso para poner la válvula en modo automático. Figura 42. Estados de una válvula solenoide. En la Figura 42 se pueden ver las posibles posiciones que puede tener la válvula solenoide. Este estado de la válvula es real, al ser un feedback de la posición actual de la válvula en campo. Pueden diferenciarse dos estados, abierto (1) indicando que la válvula se encuentra abierta y cerrado (2) indicando que la válvula se encuentra cerrada. 8.4. Válvula de control También llamada válvula reguladora. Es un tipo de válvula que es capaz de realizar una apertura de un porcentaje definido. Este tipo de válvulas realiza 71 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 la función de variar el caudal de fluido modificando la apertura de la válvula que, a su vez, modifica el valor de la variable medida, comportándose como un orificio de área variable. En el presente proyecto contamos de dos válvulas de control, cuya macro completa de control se encuentra en el ANEXO B. En él se puede ver una macro compleja que puede resumirse en un bloque de calculo que, en función del proceso, regula una entrada analógica y esta, una vez regulada, entra en un PID que realiza una comparación con el setpoint y manda la orden de abrir o cerrar reguladamente la válvula de control mediante una salida analógica hasta conseguir el valor de apertura deseado. Figura 43. Estados de una válvula de control. En la Figura 43 puede verse la estructura básica de la válvula solenoide (1) seguida de sus posibles estados. Se puede ver como la diferencia con otras válvulas es la media circunferencia encima, diferenciándola así de las demás. Además, debajo de ella, se encuentra su código KKS (ver Nomenclatura de instrumentos y equipos mediante el sistema KKS). Debajo de este se encuentra el aviso de anomalía de la válvula y encima de la válvula se encuentra el valor de retorno del porcentaje de apertura de la válvula y su indicación de automático/manual. Los posibles estados que puede tomar la válvula de control son: • Abierto (2): el final de carrera de abierta marca ‘abierto’, el final de carrera de cerrado marca “no cerrado” y el retorno de posición de la válvula marca un porcentaje de entre el 99% y 100% de apertura. Visualmente se denota porque el símbolo de la válvula es totalmente rojo y encima de la válvula aparece un 99% o 100% indicando que está completamente abierta. • Cerrado (3): el final de carrera de abierta marca ‘no abierto’, el final de carrera de cerrado marca “cerrado” y el retorno de posición de la válvula marca un porcentaje de entre el 0% y 1% de apertura. Visualmente se 72 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 denota porque el símbolo de la válvula es totalmente verde y encima de la válvula aparece un 0% o 1% indicando que está completamente cerrada. • Posición intermedia (4): el final de carrera de abierta marca ‘no abierto’, el final de carrera de cerrado marca “no cerrado” y el retorno de posición de la válvula marca un porcentaje de entre el 1% y 99% de apertura. Visualmente se denota porque la mitad del símbolo de la válvula es verde y la otra mitad roja. Encima de la válvula aparece un porcentaje entre el 1% y el 99% indicando así el nivel de apertura actual de la válvula. • Manual (5): independientemente de la posición de la válvula, si esta se encuentra en modo manual aparecerá un cuadrado de color rojo con una “M” en color blanco inscrita, indicando que está en modo manual. En caso de estar en modo automático, el símbolo descrito desaparecería. • Anomalía (6): independientemente de la posición de la válvula, si esta entra en estado de anomalía aparecerá un aviso en pantalla, justo debajo de la válvula indicando este estado. Para salir de este estado es necesario que se solucionen las causas de esta anomalía y se accione el botón de rearme, dentro de la caratula de la válvula. 8.4.1. Carátula de la válvula de control Toda válvula de control tiene asociada una carátula de control, que ofrece una información más detallada de la válvula y permite al operador operar sobre ella. 73 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 Figura 44. Carátula de control de una válvula de control. En la Figura 44 se puede ver la carátula de control de una válvula de control. En ella se pueden diferenciar las siguientes partes: • Descripción (1): ofrece una breve información de la válvula, así como su código KKS. • Botón de cerrar (2): botón con la acción de cerrar la carátula. • PID (3): gráficos informativos de los parámetros del PID de control. Pueden diferenciarse cuatro parámetros: o C: variable de consigna. Variable editable para la cual se desea que el sistema tienda y con el cual el PID regulará la salida. o P: variable de proceso. Es el valor de la variable que se desea regular. No es editable, ya que es el valor real del proceso. 74 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 o S: consigna manual. Variable editable que actúa directamente sobre la salida, regulándola directamente comparándola con el valor de apertura real de la válvula. o Z: feedback de apertura. Es el valor de retorno de la posición real de la válvula de control. • Anomalía (4): aviso luminoso que aparece si existe algún mensaje relevante, como anomalías y permisos. Ofrece una descripción breve sobre estos avisos. Los posibles avisos se pueden ver en Figura 45. • Automático/Manual (5): son dos botones con la acción de poner la válvula en modo automático (“AUTO”), quedando la válvula controlada por el proceso o modo manual (“MANUAL”) quedando la válvula controlada por el operario. En el estado manual se activa la posibilidad de pulsar los botones de aumentar y decrementar la apertura válvula, que se quedan bloqueados en modo automático. • Aumento/Decremento (6): botones que, en modo manual, ofrecen la posibilidad de abrir o cerrar la válvula en un porcentaje determinado. Los botones posicionados en la parte izquierda de la caratula son de aumento/decremento rápido, produciendo una apertura o cierre de la válvula de un 5%. Los botones posicionados en la parte derecha de la caratula son de aumento/decremento lento, produciendo una apertura o cierre de la válvula de un 1%. • Edición (7): botón solo disponible si se está en modo manual y se ha seleccionado alguna variable editable, como son las variables “C” y “S” del PID. Permiten introducir cualquier valor deseado, dentro de su rango de trabajo, para la gestión del PID. Figura 45. Avisos de una válvula de control. 75 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 8.5. Nomenclatura de instrumentos y equipos mediante el sistema KKS El sistema KKS es codificación que se usa para identificar de forma uniforme todas las plantas, equipos, sistemas y sus conexiones, tanto físicamente como para documentación y programación. Con esta codificación, los trabajadores de la planta pueden saber información directa de los equipos como a qué línea pertenece y que tipo de conexión tiene cada equipo con solo ver el KKS. A nivel de programación, el KKS forma una estructura irrepetible en cada bloque, organizando estos en compounds, formando una red en forma de árbol. A nivel de planta, el nombre del compound no puede repetirse, aunque hablemos de procesadores diferentes, en cambio el nombre de los bloques puede repetirse, siempre que pertenezcan a compounds diferentes, estén o no estos dentro del mismo procesador. El código KKS se divide en cuatro partes o niveles, dando información de la planta, lazos de control y equipos. Así, los nombres tanto de los compounds y bloques estarán compuesto por, en el caso de los compounds, los niveles 1 y 2 del KKS y, los bloques, de los niveles 3 y 4, teniendo el compound una longitud máxima de 6 caracteres, y el bloque una extensión máxima de 12 caracteres. Con esta información sabríamos a la perfección que tipo de señal es, a que equipo pertenece y en qué área y planta se encuentra. Esto puede verse esquematizado en la Figura 46. Figura 46. Codificación KKS. 76 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 8.5.1. Nivel 0 del sistema KKS El nivel 0 identifica la unidad de la planta objeto de este proyecto. En nuestro caso, el trabajo se realizará en la unidad 4. Ver Figura 47. Figura 47. Unidad de la codificación KKS. 8.5.2. Nivel 1 del sistema KKS El nivel 1 indica la función a la que está orientada el proceso, indicando la subdivisión del sistema. Este nivel se divide a su vez en dos subniveles. El primero se refiere al prefijo, referido al primer símbolo numérico del nivel 1. El prefijo indica si se prevén subsistemas idénticos y es un símbolo omisible. En nuestro caso, al no preverse ningún subsistema idéntico, lo omitiremos. Ver Figura 49. Figura 48. Identificación de prefijo de la codificación KKS El segundo subnivel es el desglose de la función. Clasifica y divide la central en sistemas y subsistemas únicos. Se indican en este nivel hasta 3 caracteres alfabéticos, rellenando con “_” en caso de tener solo dos caracteres alfabéticos, seguidos de dos caracteres numéricos siguiendo la información indicada en ANEXO E. Ver Figura 49. Figura 49. Identificación de función de la codificación KKS. 77 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 8.5.3. Nivel 2 del sistema KKS El nivel 2 indica la subdivisión y cuantificación de los equipos. Los dos primeros caracteres alfabéticos (E1 y E2) se refieren al proceso y se usa para distinguir el tipo de equipo. Para más información ver el ANEXO E. Por su parte, los dígitos (EN) no tienen significado en la clasificación referente al proceso en el sistema KKS y se usan para cuantificar equipos de forma correlativo. En el presente proyecto se usa el primer digito de los tres para distinguir subtipos de equipos. Dentro de las válvulas (“AA” en el sistema KKS) podemos distinguir los siguientes subtipos: • AA0NN: válvulas manuales. • AA3NN: válvulas reguladoras. • AA4NN: válvulas solenoides. Figura 50. Identificación de subdivisión de equipos en el sistema KKS. Como se puede ver en la Figura 50, se expone como ejemplo AA301. Siguiendo el código KKS, se trataría de un componente mecánico con movimiento (A) y expresamente una válvula de proceso (AA) sin especificar el subtipo, pero según las reglas impuestas por el cliente se trata de una válvula reguladora (AA3) y los dígitos restantes servirían para cuantificar, así que se trataría de la válvula reguladora número 1 (AA301). 8.5.4. Nivel 3 del sistema KKS El nivel 3 se usa en el área de instrumentación y control para la designación de los componentes de control y señales. Los dos primeros simboles alfabéticos se usan para clasificar los instrumentos, componentes y señales, siguiendo el ANEXO E. Lo caracteres numéricos no tienen significado en la clasificación por componentes, ya que se usan para cuantificar las unidades de identificadas por 78 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 los dos primeros caracteres (C1 y C2). El ultimo carácter alfabético es opcional y distingue la señal o el contacto de un mismo instrumento si es necesario. Figura 51. Identificación del área de instrumentación y control en el sistema KKS. Como se puede ver en la Figura 51, y según el sistema KKS, el primer carácter (C1) se refiere al tipo de componente siendo, en nuestro caso un componente de instrumentación y control (J), más específicamente se trata de un transmisor (JT). Los siguientes dígitos (CN) es simplemente una cuantificación y distinción, quedando este nivel 3 como JT01A. 8.5.5. Ejemplo de codificación KKS A modo de ejemplo, siguiendo con lo expuesto en los puntos anteriores, el nombre del bloque, compound y dirección completa para programación quedaría de la siguiente manera: • KKS: 4MKA01AA301JT01A (4 - MKA01 - AA301 - JT01A) • Compound: 4MKA01 (4 – MKA01) • Bloque: AA301JT01A (AA301 – JT01A) • Dirección DCS: 4MKA01:AA301JT01A. Esta dirección DCS sigue la nomenclatura COMPOUND:BLOQUE. 79 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 9. Pantallas En este apartado se expondrán las pantallas o gráficos creados para el cliente. Estas pantallas deben basarse en el P&ID (ver ANEXO A). Esta pantalla debe ser lo más limpia y ordenada, además de otorgar todo el control necesario para los operadores. En el proyecto se realizarán cuatro pantallas, una pantalla principal del desgasificador, basado en el P&ID y tres pantallas de secuencia, una para cada barrido, para que sea más sencillo llevar el control de la secuencia y obtener información de esta. 9.1. Pantalla principal Es la pantalla principal y estará basado en el P&ID otorgado por el cliente. Ver Figura 52. Figura 52. Pantalla principal de control del desgasificador. 86 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 11. Bibliografía Ponsa, P., & Granollers, A. (2009). Diseño y automatización industrial. Cataluña: Universidad Politécnica de Cataluña. Navarro, C. (2011). Presente y futuro de las centrales eléctricas de ciclo combinado. Madrid: Fundación Ciudadanía y Valores. Martínez Reina, J. (2013). Estudio energético comparativo de diferentes configuraciones de ciclo combinado. Ramos Franco, L. A. 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Descripción lógica. 93 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 94 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 95 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 102 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 103 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 104 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 105 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 106 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 107 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 108 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 109 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 110 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TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 122 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 123 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 124 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 125 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 126 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 127 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 134 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 135 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 136 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 137 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 138 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 139 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 140 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 141 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 142 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022 ANEXO C. Wiring Diagram. 143 Automatización y control del desgasificador de caldera de recuperación de planta de ciclo combinado TRABAJO FIN DE GRADO Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Marzo 2022