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ESCUELA POLITÉCNICANACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
CONTROL CALDERO A BAGAZO DEL INGENIO LA TRONCAL
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
EUGENIO ANTONIO ROJAS ANDRADE
DIRECTOR: Prof. MSc. PATRICIO BURBANO
Quito, octubre 2001
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Eugenio Antonio Rojas
Andrade, bajo mi supervisión.
Prof, MSc. Patricio Burbano
DIRECTOR DEL PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por ayudarme y darme fortalezapara seguir adelante en todos los proyectos emprendidos.
Agradezco a mi familia, mis amigos que de una u otraforma estuvieron conmigo en la realización de estetrabajo, en especial a mi hermana Elizabeth.
Agradezco al Ing. Patricio Burbano por guiarme duranteeste proyecto en forma desinteresada y amable.
Agradezco a los Ingenieros de SEIN por su constanteapoyo y colaboración.
Que Dios les Bendiga siempre
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres,
quienes me enseñaron desde pequeño a
trabajar con responsabilidad y honradez.
Pues son ellos quienes han estado a mi
lado en los momentos más difíciles.
• RESUMEN
En el Ingenio Azucarero La Troncal, dentro de un programa de modernización
destinado a enfrentar la competitividad industrial, se emprende un programa de
automatización de las diferentes áreas de la empresa.
Con relación a la sección de fábrica, se empieza con el área de calderas, la cual
es fundamental para la generación de energía propia de la empresa. Para ello se
^ utiliza el sistema de control delta v con tecnología fieldbus de Fisher Rosemount
aplicado en la caldera para controlar el nivel del agua en el domo, la presión de
vapor en el domo y la presión del hogar de la caldera.
De esta manera se proporciona una mayor seguridad en la producción de vapor,
que es utilizado en diferentes áreas de la fabrica y especialmente en la central
eléctrica y las turbinas de los molinos. Al mismo tiempo se obtiene mejor
rendimiento en el aprovechamiento del combustible (bagazo) para la caldera, lo
* que garantiza mejoras económicas y calidad del producto final (azúcar).
La implementación de este control de carácter puramente práctico con
asesoramiento de la empresa SEIN (Sistemas y Equipos Industriales S.A.)
representantes exclusivos de Fisher Rosemount, se elabora este trabajo para
solucionar problemas relacionados al control de un caldero a bagazo, utilizando
tecnología de punta que comprende el sistema Delta V con una red Fieldbus que
, es uno de los sistemas más fáciles de utilizar y tiene una versatilidad para trabajar
con equipos de diferentes proveedores.
Por tal razón se pone al servicio de docentes y estudiantes de la Escuela
Politécnica Nacional y a todas las personas que requieran esta clase de
información sobre estos tres lazos de control caracterizados por la variación de
carga a los que son sometidos 'y en el cual el sistema instalado permite
estabilidad en e! proceso.
CONTENIDO
PRESENTACIÓNCAPITULO 1CARACTERÍSTICAS DEL CALDERO A BAGAZO 11.1. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO 1
1.1.1. GENERALIDADES 11.2. ESPECIFICACIONES Y VARIABLES DE CONTROL 8
1 .2.1 . CONTROL NIVEL DE AGUA EN EL DOMO 91 .2.2. CONTROL PRESIÓN DE VAPOR EN EL DOMO Y HOGAR 10
CAPITULO 2DISEÑO DEL CONTROL DEL CALDERO 132.1. CONTROL DEL NIVEL A 3 ELEMENTOS 13
! 2.2. CONTROL DE LA PRESIÓN DEL HOGAR 142.3. CONTROL DE LA PRESIÓN DE VAPOR EN EL DOMO 152.4. MONITOREO DE TEMPERATURAS 172.5. SISTEMA DE CONTROL 17
2.5.1. CONTROL DEL NIVEL DE AGUA DEL DOMO SUPERIOR 182.5.2. CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR 192.5.3. CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR 20
2.6. SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DELTA V 20CAPITULO 3IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 243.1. REQUERIMIENTOS DE SOFTWARE Y HARDWARE 24
3. 1.1. HARDWARE DEL SISTEMA DELTA V 243.1.1.1. EQUIPO DEL SISTEMA DELTA V 243.1.1.2. SUBSISTEMA I/O DELTA V 263.1.1.3. SISTEMA DE PODER DELTA V 273.1.1.4. ESTACIÓN DE TRABAJO 283.1.1.5. RED DE CONTROL DELTA V 293.1.1.6. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL 29
HARDWARE DEL SISTEMA DELTA V3.1.2. CALCULO DE CAPACIDAD DE LAS FUENTES DE 38
ALIMENTACIÓN3.1.3. INSTALACIÓN RED FIELDBUS 40
3.1.3.1. COMUNICACIÓN DE LA RED FIELDBUS 403.1.3.2. BLOQUES FIELDBUS 413.1.3.3. DESCRIPCIONES DEL INSTRUMENTO 43
(DEVICE DESCRPTIONS) (DDS)3.1.3.4. COMUNICACIÓN PROGRAMADA
(COMMUNICATION SCHEDULING 433.1.3.5. TIPOS DE EQUIPOS 443.1 .3.6. CAPA FÍSICA (PHYSICAL LAYER) 463.1.3.7. SEÑAL FIELDBUS 463.1.3.8. TOPOLOGÍA 47
3.1.4. SOFWARE DEL SISTEMA DELTA V 513.1.4.1. DEFINICIÓN DEL SISTEMA 523.1.4.2. OPERACIÓN 52
3.1.4.3. INGENIERÍA 523.1.4.3.1. EXPLORADOR DELTA V 553.1.4.3.2. CONFIGURACIÓN DEL DISPLAY 553.1.4.3.3. ESTUDIO DE CONTROL 563.1.4.3.4. ASISTENTE DE CONFIGURACIÓN 573.1.4.3.5. CUALIDAD DE MANEJO 57
3.1.4.4. INTEGRACIÓN (INTEGRATION) 583.2. ELEMENTOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN 58
3.2.1. TRANSMISOR DIFERENCIAL DE PRESIÓN 583.2.2. MEDIDOR MAGNÉTICO DE NIVEL DE LIQUIDO 593.2.3. TRANSMISORES DE PRESIÓN (SMART MODELO 3051) 603.2.4. CONTROLADOR DIGITAL DE VÁLVULA (DVC 5000f) 613.2.5. TRANSMISOR DE TEMPERATURA 848T 633.2.6. TERMOCUPLA TIPO J 633.2.7. CALCULO DE RANGOS DE PRESIÓN DE 64
TRANSMISORES.3.3. LAZOS DE CONTROL 66
3.3.1. CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DOMO 663.3.2. CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR 703.3.3. CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR 733.3.4. LAZO DE CONTROL DE ALARMAS 73
3.4. IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA 753.4.1. UBICACIÓN DE INSTRUMENTOS 753.4.2. CREANDO Y GRABANDO LA ESTRATEGIA DE 75
CONTROL3.4.2.1. CONFIGURANDO LA RED 82
3.4.3. PANTALLAS DE OPERACIÓN Y SINTONIZACIÓN DE 86LAZOS3.4.3.1. PANTALLAS DE OPERACIÓN 863.4.3.2. SINTONIZACIÓN DE LAZOS DE CONTROL 87
CAPITULO 4RESULTADOS 894.1. RESULTADOS DE LOS LAZOS DE CONTROL 89
4.1.1.PRUEBAS EN TRANSMISORES 894.1.2. LAZO DE CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR 904.1.3. LAZO DE CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR 94
EN EL DOMO4.1.4. LAZO DE CONTROL DEL NIVEL DE AGUA EN LA 97
CALDERA4.2. MONITOREO DEL SISTEMA 100CAPITULO 5CONCLUSIONES 101BIBLIOGRAFÍA 104ANEXO AANEXO B
PRESENTACIÓN
El Ingenio Azucarero La Troncal, en el área de calderas, venía ejerciendo el
control de la caldera con instrumentación neumática, que tenía su vida útil de
trabajo ya cumplida; y, representaba un riesgo muy alto e! seguir realizando el
control con este tipo de instrumentación, especialmente lo relacionado al nivel del
agua en el domo.
Por esta razón, además de querer mejorar la producción de vapor, para brindar la
energía necesaria para el resto de áreas de la fábrica, optimizando de esta forma
el proceso del azúcar. Emprende un programa de automatización en la sección de
calderas, implementando en la caldera #2 el sistema de automatización Delta v
con tecnología fieldbus, que es un sistema con tecnología de punta, ofreciendo
varias ventajas en los tres tipos de control que se realizan en la caldera.
Los tres controles que se elaboran y ponen en marcha en la caldera son: control
del nivel de agua en el domo, control de la presión de vapor en el domo; y, control
de la presión del hogar en la caldera.
El presente trabajo se elabora considerando cinco capítulos, en el capítulo uno se
realiza una descripción del funcionamiento actual de la caldera, señalando los
instrumentos que serán reemplazados por el nuevo sistema, refiriéndonos
específicamente el lazo de control en donde trabaja el instrumento. También se
específica las variables de control involucradas en cada lazo de control; y,
además se describe la teoría relacionada con cada lazo de control en la caldera.
En el capítulo dos establecemos las lógicas de control, mediante diagramas de
bloques para cada uno de los lazos, también se explica sobre la importancia de
monitorear las temperaturas en la caldera; y, el sistema de automatización que
será empleado.
El capítulo tres presenta una explicación del hardware del sistema Delta v,
montado en el cuarto de control de la caldera, la instrumentación a utilizarse para
las mediciones de las variables de control; y, para transmitir señales a válvulas,
damper, etc. Con relación al sofware del sistema Delta v, se presenta las
estrategias de control implementadas para cada lazo, indicando de forma
didáctica, mediante pantallas de trabajo la elaboración de los mismos.
Finalmente se presenta los resultados que se obtienen para los tres lazos de
control, cuando la caldera está en operación, lo que permite dar algunas
conclusiones y recomendaciones.
1. CARACTERÍSTICAS DEL CALDERO A BAGAZO
1.1. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO.
Primero se describe la maquinaría instalada en la caldera, lo que permitirá
entender de forma general e! funcionamiento de la misma, como referencia para
el sistema de control a implementar.
1.1.1 GENERALIDADES (1)
La caldera Fives Penhoet tiene las siguientes características y componentes:
Combustión con bagazo
Presión de cálculo 27 bar, capaz de una producción de 60 Tn/h de vapor a 340 °C
en marcha continua con sus auxiliares que son:
- Economizadores y sobrecalentados
- Equipo de combustión con bagazo por medio de un Spreader Stoker
(alimentador que esparce bagazo) RILEY-FAMA de proyección neumática
y parrilla giratoria.
- Equipo de combustión auxiliar con fuel.
- Equipo de deshollinamiento de haces por medio de vapor
- Equipo de regulación de mando a distancia y de control de la combustión
- La instalación de evacuación hidráulica y de recuperación de las cenizas
- El equipo de la estación de agua de alimentación
El vapor es ampliamente utilizado en procesos en todas las ramas de la industria,
por la necesidad de calor y energía ya que es la manera mas adecuada y
económica de trasportar grandes cantidades de calor y energía.
Es fácil de producir ya que se obtiene del agua y generalmente se requiere de un-
recipiente adecuado para producirlo industrialmente, este recipiente es una
caldera o un generador de vapor.
Entonces se puede definir un caldero como un recipiente cerrado en el cual el
agua bajo presión se transforma en vapor por la aplicación del calor.
Un caldero es diseñado para absorber al máximo la cantidad de calor liberado por
el proceso de combustión en el "Hogar", el mismo que se transmitirá al caldero
por diferentes métodos: RADIACIÓN, CONDUCCIÓN, Y CONVECCIÓN, este
ultimo se utiliza en el caldero.
Convección es el calor que se difunde en una sustancia debido a que el fluido
en movimiento recoge energía o calor de un cuerpo caliente y lo entrega a un
cuerpo más frío.
El tipo de caldera con la que se trabaja es multitubular vertical auto soportada de
dos cuerpos transversales y de circulación natural. Es decir un caldero de tubos
de agua.
Un caldero de tubos de agua es aquel en el cual los productos de la combustión
pasan alrededor de los tubos que contienen el agua, los tubos están
interconectados a colectores de agua y a una o varias salidas de vapor, este tipo
de caldero está diseñado para generar grandes caudales de vapor a altas
presiones. Vapor utilizado especialmente para potencia (movimiento de máquinas
y turbinas)
A continuación se hace una breve descripción de los auxiliares de la caldera
nombrados anteriormente
Economizador y Sobrecalentados
El economizador cumple la función de calentar el agua que entra al domo. Es
decir al economizador entra el agua a una temperatura de 100 °C y sale del
mismo a 173 °CÍ. Para realizar esto existe una circulación de los humos del hogar
a través del economizador.
La circulación de los humos se efectúa hacia abajo y la del agua hacia arriba. La
distribución de la tubería en el economizador es en forma de serpentín..
* Una vez que se produce vapor en el domo a una temperatura de 245 °C, este
vapor pasa a través de los separadores de agua que quedan en la parte superior
del domo, luego va por los secadores, entonces ingresa al sobrecalentado^ y sale
del mismo con una temperatura de 340 °C.
Todo este proceso se realiza para obtener vapor seco, evitando así que haya
algún paso de agua a las turbinas de los generadores de energía eléctrica. He
aquí la importancia de controlar el nivel de agua en el domo de la caldera,
evitándose de esta forma daños en la parte eléctrica de la planta.
Equipo de combustión.
La caldera está equipada con spreader-stoker (Alimentadores que esparcen
bagazo) de proyección neumática con cinco distribuidores con parrilla giratoria
doble, con descarga en la parte delantera. Los distribuidores están ubicados en la
fachada.
Estos incluyen un deflector que puede orientarse y está accionado por medio de
un volante que permite actuar la repartición de bagazo en el hogar y un registro
de regulación de aire de distribución.
El suministro de bagazo queda asegurado de manera regular y uniforme por
medio de cinco alimentadores de cadena tipo con compuerta basculante
equilibrada. Se accionan los alimentadores por medio de motovariadores, siendo
cada uno equipados con un servomotor neumático que permite el control a
distancia. Este control neumático es el que se reemplaza con el nuevo sistema
fieldbus, utilizando posicionadores fieldbus acoplados a los cilindros neumáticos
actuales que están operando.
El aire primario de soplado bajo parrilla se distribuye desde el cajón general hacia
las cajas de repartición colocadas en la parte delantera y trasera de cada parrilla,
todo regulado a través de una compuerta que es manejada por un cilindro
*
neumático que posee un servomotor de aire, también este servomotor se
remplaza por un posicionador fieldbus, permitiendo el control de la presión de
vapor.
En resumen, los alimentadores de bagazo proveen del combustible que a su vez
cae en la parrilla, siendo distribuido por el aire de distribución y levantado de la
parrilla por el aire primario, evitando así que se acumula demasiado bagazo, se
dispone también del aire de turbulencia que es el que compensa el aire de
distribución, lo que impide que el bagazo baya todo al fondo de la caldera; y,
causa una turbuíencia para tener una mejor combustión, este aire es controlado
por una compuerta manualmente.
Con el nuevo sistema fieldbus se controla, tanto la alimentación de bagazo como
el aire que está ingresando a la caldera para mantener una buena combustión y
tener una presión de vapor constante.
Todos lo flujos de aire se producen con ventiladores, movidos por motores
eléctricos adecuados para cada trabajo.
Se ha explicado el proceso de combustión de la caldera pero es necesario
explicar sobre la teoría de la combustión,
La combustión
Industrialmente hablando se entiende por combustión la combinación violenta con
desprendimiento sensible de calor y luz, del oxigeno del aire con el carbono,
hidrógeno y azufre que contribuyen los elementos activos de los combustibles
sólidos, líquidos o gaseosos. La combinación del oxigeno con el carbono,
hidrógeno y azufre se efectúa en proporciones de peso bien determinadas.
El carbono. Por cada átomo de carbono se necesita dos átomos de oxígeno
para llegar a la combustión completa, formándose gas anhídrido carbónico (COa)
Aunque se puede también combinar el átomo de oxígeno con uno de carbono,
aquí el carbono se quema con una deficiencia de aire, formándose el monóxido
de carbono (CO), producto de una combustión incompleta generándose el humo.
Este tipo de combustión debe evitarse ya que la combustión del carbono en forma
de (CO) proporciona aproximadamente el 30% del poder calorífico que se obtiene
con la combustión uniforme en forma de (COz)
El hidrógeno. Se combina siempre en proporción de dos átomos de hidrógeno
con uno de oxigeno formando vapor de agua (HzO)
El Azufre. Se combina en la proporción de un átomo de azufre con dos átomos
de oxígeno, forma el gas anhídrido sulfuroso (SOz)
Productos de la combustión.
Como resultante de la combustión es importante conocer el tipo de humo que se
desprende ai efectuarse la combustión de cualquier combustible, sabemos que
los gases de la combustión son una mezcla de sustancias químicas gasificadas
cuya proporción es según el desarrollo de la combustión misma.
Un residuo de la combustión ideal (normal) debe contener, como vemos a
continuación los siguientes compuestos químicos.
- CÜ2 Bióxido de carbono
- HaO Vapor de agua
- SOz Anhídrido sulfuroso
- N Nitrógeno
- O Oxigeno
Metano y etileno
El Hollín. Es combustible no quemado o quemado parcialmente, lo que significa
una pérdida de combustible y la presencia de hollín es el resultado de combustión
incompleta.
mediante deshollinadores de vapor.
Equipo de regulación.
es Se utiliza una regulación de alimentación de agua de tres elementos
que incluye:
- Un registrador, regulador de nivel de agua con dispositivo de alarma
para nivel alto y bajo. Se especifica solamente las seguridades que
están funcionando.
- Una válvula de alimentación de agua maniobrada por un
posicionador neumático.
5=) Una regulación de tiro.
- Un registrador, regulador de la depresión en lo alto del hogar,
actualmente trabaja manualmente.
- Un servomotor neumático.
G=D Una regulación de presión de vapor.
B Una regulación del caudal de bagazo.
Todo este sistema de control que trabajaba con controles neumáticos que debido
a los años de uso se han ido discontinuando dificultando su mantenimiento.
Razón por la cual se remplaza este sistema con una nueva tecnología de punta,
que es más barata y eficiente.
Evacuación hidráulica y recuperación de ceniza
Las cenizas y escorias se vierten en la parte delantera de las parrillas en un
canalón desde donde se las evacúa por medio de una trampa de agua de presión
hacia los pozos de decantación.
Equipo de estación de agua de alimentación
Es el equipo que realiza el tratamiento de agua antes de ingresar a la caldera,
cuyo objetivo es mantener una agua óptima y que no dañe la caldera.
1.2 ESPECIFICACIONES Y VARIABLES DE CONTROL
Basándose en el tipo de control que se efectúa en la caldera, se hace una
recopilación de las especificaciones que se debe tomar en cuenta para realizar el
control, además de tener muy claro las variables que se va a manejar en el
proceso a implementarse.
Los tres controles que se remplazan son:
- Control de nivel de agua en el domo
- Control de la presión de vapor en el domo
- Control de la presión del hogar
1.2.1 CONTROL NIVEL DE AGUA EN EL DOMO
FLUJG DEVAPOR
FLUJO DEAGUA
Figura 1 Diagrama de control de nivel de agua
En la figura 1 se tiene definidas las variables de control a tres elementos, es decir
flujo de vapor (FT1), flujo de agua (FT2), nivel de agua (LT), entonces una ves
que se ejecuta el sistema de control, causa un efecto sobre la válvula entrada de
agua al domo.
El sistema de control está basado considerando que la cantidad de agua que
entra a la caldera es la que se debe obtener como vapor, tomando en cuenta las
pérdidas normales de proceso.
La caldera está diseñada para un máximo flujo de vapor y agua de 60tn/h.
En lo que se refiere al domo, su diseño está basado en las siguientes condiciones
de trabajo:
- Despacho de vapor 60tn/h.
- Temperatura 340 °C
10
- Presión máxima 27 bar
Reglamentación de nivel de agua en la caldera;
Las acotaciones se dan a partir del eje del calderin superior.
a) Nivel normal en marcha - 70 mm
b) Regulación de las seguridades de nivel.
- Alarma nivel alto + 50 mm
- Alarma nivel bajo -180 mm
- Alarma nivel muy bajo -290 mm
A continuación en la figura 1.2 se muestra las reglamentaciones del nivel de agua
en el domo.
1.2.2. CONTROL PRESIÓN DE VAPOR EN EL DOMO Y HOGAR
Una vez puesta en servicio la caldera en la red de distribución de vapor, se tendrá
que regular ia marcha de la combustión en conformidad con e! caudal de vapor
pedido para mantener una presión estable dentro de ia caldera.
Para el control de combustión se debe tomar en cuenta que la caldera fives tiene
tanto la regulación del aire de distribución como el de turbulencia en forma
manual, por lo que e! control se implementa en base solamente al aire primario,
relacionado con la cantidad de bagazo que mandan los alimentadores, logrando
que la presión de vapor permanezca estable.
Es así que se tiene que hacer corresponder el caudal de aire con el caudal de
bagazo de tal forma que el CÜ2 medido en los gases a la salida de la caldera esté
comprendido entre 12 y 15% en operación.
Entonces el control implementado parte, de medir la presión de vapor y
compararla con el set point de trabajo, permitiendo que se tenga una salida que
va a manejar una demanda de aire primario en proporción con la velocidad de los
11
alimentadores de acuerdo a una curva de caracterización, que se utiliza al calibrar
el sistema.
Desde que se ha estabilizado la marcha, se pone el control predictivo en función
de la cantidad de aire para combustión de bagazo para compensar el valor de la
presión del hogar al actuar sobre el tiro de la caldera (tiro inducido) de tal forma
de mantener la parte superior de hogar, una depresión de -2 a -5 DaPa.
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e 2. DISEÑO DEL CONTROL DEL CALDERO
2.1 CONTROL DEL NIVEL A TRES ELEMENTOS
Las calderas de producción de vapor requieren una alimentación regulada de
agua para tener una operación adecuada a la demanda de vapor. La falta de
alimentación de agua puede causar, que los tubos se sequen y se quemen,
4 mientras que lo contrarío un exceso de agua causa que el domo se llene y haya
una inadecuada separación de vapor y agua, habiendo un arrastre de agua en el
sistema de vapor, lo que puede provocar pase agua a los turbogeneradores de la
planta eléctrica.
La alimentación de agua se la hace en el domo de la caldera, cuya regulación
esta diseñada para mantener el nivel del domo 70 mm bajo el eje central del
domo como nivel normal de trabajo de la caldera.
El control a 3 elementos incluye la medición del flujo de vapor, flujo de
alimentación de agua y el nivel mismo del agua en el domo superior de la caldera.
La relación de estas 3 variables, utilizando los bloques de control PID
(Proporcional, integral y derivativo) y un bloque de cálculo en el cual se establece
la ecuación de balance de masas, es decir el flujo de agua que entra a la caldera
^ debe ser igual al flujo de vapor que sale de la misma, considerando las perdidas
normales que hay en la caldera. Esto permite establecer un control sobre la
válvula de entrada de agua para mantener el nivel constante.
El sistema de control a 3 elementos puede ser ajustado para mantener el nivel de
agua del domo superior de la caldera para todas las condiciones de trabajo. Es
decir para severas fluctuaciones de carga, produciendo características de
encogimiento y expansión en el nivel, lo que ocasiona que el control de nivel
14
actué sobre la válvula de alimentación de agua para que el flujo de agua
' mantenga un nivel constante con respecto a estas variaciones.
Como se conoce en el proceso de ebullición del agua se crean burbujas que
ocupan un cierto volumen por lo que la medida del nivel no es real, por lo tanto en
el domo de la caldera al haber una demanda excesiva de carga, se tiene una
disminución de presión, lo que provoca que el nivel suba, mientras que al haber
sobrepresión el nivel tiende a bajar. Efectos parecidos se tienen también cuando
llega bagazo húmedo a la caldera, lo que ocasiona que baje la presión y cuando-s
?' hay una parada de molienda, varia el despacho de vapor.
Todas estas variaciones se deben a que la temperatura del agua tiene que
alcanzar un nuevo estado de equilibrio físico con respecto a las nuevas
condiciones de presión de trabajo.
2.2 CONTROL DE LA PRESIÓN DEL HOGAR
* Un efectivo control de presión en el hogar mejora la eficiencia en el hogar y ayuda
a la conservación de la caldera.
El tiro provee la presión diferencial en el hogar para asegurar el flujo de gases.
Sin tiro se producirá una estratificación en el proceso de combustión; y la llama o
proceso de combustión muere por falta de aire. El tiro empuja o impulsa, el aire y
los gases resultados de la combustión a través de la caldera y por el interior de lai~ chimenea. El tiro vence la resistencia al flujo presentado por las obstrucciones de
los tubos, paredes del hogar, compuertas y revestimiento de chimenea (y también
escorias)
El tiro natural se produce por una chimenea por la que la caldera evacúa los
gases. El aire frío admitido por el hogar (por medio de las compuertas de entrada)
empuja para desplazar los gases calientes más ligeros del hogar (por diferencia
8 de densidad) Así los gases calientes suben (como los globos por efecto
chimenea) produciendo el tiro natural.
15
El tiro mecánico se produce artificialmente por medio de ventiladores de tiro
inducido (aspirado) ó forzado (soplado) La chimenea es necesaria incluso en las
instalaciones de tiro mecánico para ventilar los productos de combustión de
manera que no sean dañinos para los alrededores (2)
Los ventiladores de tiro inducido impulsan los productos de la combustión de una
caldera y los dirigen a la chimenea para su descarga a la atmósfera.
Entonces el control se basa en establecer que se cumpla que la cantidad de aire
que ingresa, sea igual a la cantidad de aire que sale; teniendo como objetivo
mantener este balance.
Es un lazo en el cual se mide la presión que hay en el hogar, la apertura de la
compuerta del aire primario para la combustión del bagazo; y mediante un PID y
un bloque de cálculo se maneja la apertura del damper inducido produciendo una
presión en el hogar de-2 a-5 DaPa.
2.3 CONTROL DE LA PRESIÓN DE VAPOR EN EL DOMO
El proceso básico de combustión es una forma especial de oxidación en que el
oxígeno del aire se combina con elementos combustibles, que generalmente son
carbono, hidrógeno y en menor cantidad azufre.
Se necesita una mezcla adecuada de combustible y aire así como una
temperatura de ignición para que el proceso de combustión continúe.
Las reacciones químicas deben satisfacer tres condiciones para que tengan lugar
en el proceso de combustión:
1.- Es necesaria una adecuada proporción entre combustible y oxígeno (o aire)
con los elementos combustibles.
16
2.- La mezcla de combustible y oxígeno (o aire) debe llevarse a cabo, de modo
que una mezcla uniforme esté presente en la zona de combustión y así cada
partícula de combustión tenga aire alrededor para ayudar en la combustión. Los
combustibles sólidos normalmente se convertirán primero en gas por el calor y la
presencia de aire.
3.- La temperatura de ignición se establecerá dé forma que el combustible,
continúe su ignición sin calor externo cuando la combustión arranque.
Si no se suministra suficiente aire u oxígeno, la mezcla es rica en combustible;
así que la llama se reduce, con una llama resultante que tiende a ser larga y con
humo. La combustión tampoco es completa, y los gases (producto de la
combustión) tendrán combustible no quemado, como partículas de carbono o
monóxido de carbono en vez de dióxido de carbono. Se desarrollará menos calor
por el proceso de combustión. Si se suministra demasiado aire u oxígeno, la
mezcla y la combustión son pobres, dando lugar a una llama más corta y más
limpia o clara. El exceso de aire se lleva algo de calor desprendido en el hogar y
lo traslada al exterior por la chimenea. La combustión debería efectuarse siempre
con un ligero exceso de aire para asegurar que todo el combustible se queme
correctamente y así obtener el mejor rendimiento del desprendimiento de calor.
Esto también reduce la formación de humo y depósitos de hollín, lo que hoy con
las estrictas leyes antipolución, es importante.
Cuando los gases de combustión salen para la chimenea como humo negro, es
indicio de insuficiencia de aire. Demasiado aire formalmente produce un denso
humo blanco. Un humo transparente ligeramente gris saliendo de una chimenea,
es signo de una relación razonablemente buena aire / combustible (bagazo)
Para asegurar una combustión completa debe suministrarse aire en cantidades
que varían entre el 20% y el 30%, de acuerdo al combustible utilizado.
Como se ha indicado la relación aire/ combustible es muy importante; y, para
efectos de control da la pauta para encontrar en este caso la relación aire/bagazo,
17
para mantener una presión de vapor medida constante. Mediante un bloque PID y
una ecuación de caracterización, se tiene una salida que permite manejar la
velocidad de los motovariadores, para la alimentación de bagazo y la apertura del
damper del aire primario.
2.4 MONITOREO DE TEMPERATURAS
El monitoreo de temperaturas permite saber como está operando la caldera; y si
hay alguna anomalía en alguna área de la misma. Por ejemplo una alta
temperatura de gases de combustión significa un desperdicio de calor
(combustible)
Las temperaturas monitoreadas en marcha continua de la caldera son las
siguientes:
- Temperatura de agua antes del economizador 105 °C.
- Temperatura de agua después del economizador 173 °C.
- Temperatura de humos antes del economizador 346 °C.
- Temperatura de humos después del economizador 224 °C.
- Temperatura de vapor 340 °C.
Por lo tanto si las temperaturas monitoreadas están en valores cercanos a los
dados, se asegura que está con los parámetros normales de trabajo de la caldera.
Para la obtención de estas mediciones se utiliza 5 termocuplas, las cuales van
conectadas a un transmisor de temperatura con 8 entradas modelo 848T-F-N5
con tecnología FOUNDATION FIELDBUS; el cual envía la señal a la sala de
control.
2.5 SISTEMA DE CONTROL
El sistema de control está basado en tres lazos de control, los cuales se explican
a continuación:
18
2.5.1 CONTROL DEL NIVEL DE AGUA DEL DOMO SUPERIOR.
El operador tiene la opción de controlar a 1 o 3 elementos, mediante un bloque de
selección e ingresa al valor de set point del nivel del domo de la caldera.
Al trabajar en automático con el control a 3 elementos, la variable medida nivel,
(PV) variable del proceso ingresa al bloque PID 3, y al comparar con el set poínt,
entrega una señal de salida (out) que compensa esta diferencia. Esta señal va a
un bloque de cálculo 1 (CALCI), en donde ingresa también la señal de flujo de
vapor, utilizando un transmisor diferencial de presión (DPT 101) en cuyo bloque
se cumple la ecuación de balance de masas siguiente: (3)
(SP) Flujo de agua = Flujo de vapor + K (out necesita nivel - Bias)
Esta ecuación establece que el set point de flujo de agua que se necesita para
mantener el nivel en el domo es igual al flujo de vapor más una compensación
que se hace en el balance, dada por la variación del nivel. K y Bias son
constantes . La constante K es menor que 1.
En donde se obtiene el set point remoto para comparar en el PID 2 con la señal
de flujo de agua que proviene de otro (DPT 102), que proporciona la salida
correspondiente para comandar la válvula de entrada de agua a la caldera.
El sistema cambia automáticamente a un control de un elemento en caso de que
haya falla en algún transmisor de flujo de vapor, de agua, o si el despacho de
vapor baja a menos del 20%, lo cual se verifica en el bloque de cálculo 3 (CAL3).
El control a un elemento actúa directamente sobre la válvula de entrada de agua,
está función se realiza en el PID 1.
Adicionalmente a la salida del PID 1 se tiene un bloque de cálculo 2 (CALC 2),
que ejecuta un algoritmo de control que hace que la válvula de entrada de agua,
19
habrá o cierre más rápido o pase la misma señal de control de la salida del PID 1,
de acuerdo con:
Válvula al 0% sí nivel > 75%
Válvula al 100% sí nivel < 35%
Mismo valor de salida del PID si: 35%< nivel < 75%.
En el programa está contemplado la utilización de las alarmas de nivel alto, bajo o
cuando falla un instrumento de medición de flujo de agua ,de vapor o señal de
nivel.
El operador tiene la opción de manipular manualmente la válvula de entrada de
agua en cualquier tipo de control, a través de la selección de manual a automático
en las pantallas de control, así como también tiene la opción de seleccionar el
control a tres elementos o a un elemento.
En la figura 2.1, al final del capitulo, podemos observar, el diagrama de bloques
correspondiente al lazo de control de nivel.
2.5.2 CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR.
En este lazo el valor medido de la variable de proceso (PT 125) la presión del
hogar ingresa al PID4 y de acuerdo al set point que ponga el operador, el PID
realiza su algoritmo de control y cuya salida, (CV) la variable controlada va a un
bloque de cálculo 4 (CALC4) en el se toman en cuenta también el porcentaje de
aire de combustión del bagazo, realizando un control predictivo, para compensar
la presión del hogar al actuar sobre el tiro inducido.
En la figura 2.2, al final del capitulo, observamos el diagrama de bloques del lazo
de control de la presión del hogar en la caldera.
20
2.5.3 CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR
Este lazo de control trata de establecer la relación aire / combustible, en éste caso
aire / bagazo, para obtener una combustión óptima de la caldera.
De acuerdo al diagrama de bloques de la figura 2.3, mostrado en el final del
capitulo se tiene:
Las señales (SP) presión de vapor y el valor medido (PT 128) presión de vapor de
la caldera ingresan al bloque PID5, el cual da el valor de salida que va a gobernar
los posicionadores fieldbus de cada alimentador de bagazo, dando la velocidad
adecuada para la alimentación. El operador tiene la opción de manejar
manualmente cada alimentador 1Y-110 al 1Y-114 desde las pantallas de control,
pero para establecer la proporción aire / bagazo se recoge una señal promedio de
velocidad de los 5 alimentadores y mediante una curva de caracterización dado
por f(x) se gobierna la apertura del damper de aire forzado o primario.
Se ha planteado los tres lazos de control. Pero todo esto está implementado
utilizando el sistema de automatización Delta V de Fisher Rosemount, utilizando
la red fieldbus para la comunicación y control. Esto se detalla a continuación.
2.6 SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DELTA V (4)
Se da una visión general sobre el hardware del sistema delta v. Este sistema de
automatización consiste de una o más estaciones de trabajo y una conexión en
red que contiene los siguientes componentes:
- Una o más I/O subsistemas que procesan información de los equipos de
campo.
- Uno o mas controladores que ejecutan control local y manejan datos y
comunicaciones entre I/O subsistemas y la red de control.
Fuentes de alimentación.
- Una o mas estaciones de trabajo (PC) que proveen una interfase gráfica al
usuario sobre el proceso.
- Una red de control que provee comunicación entre nodos del sistema.
21
Estación de trabajo Delta V
La estación de trabajo que se ilustra en la figura 2.4 y el software del sistema
proveen una inferíase gráfica al usuario para ayudarlo a configurar su sistema,
ejecutar extensos chequeos de diagnósticos, operar su proceso y reunir datos
para reportes e históricos..
Workstation
Prinary Control Network
Prinary Hub
Secondary Control Network
Secondary Huta
Systen Power Supply
I/D Subsysten
1 Controller
Figura 2.4: Estación de trabajo
La instalación fieldbus en un sistema de automatización delta v, se examina a
continuación:
Esquema de la red Fieldbus
La tecnología fieldbus permite conectar algunos equipos de múltiples marcas a un
bus de comunicación. El protocolo de comunicación es diseñado para abarcar a
múltiples equipos como parte de la información basada en un itinerario ejecutado
por un Link Active Scheduier (LAS)
22
Un equipo link master controla cuando los equipos accesan al fieldbus y ejecuta
el link schedule, el cual sincroniza comunicaciones con ejecución de bloques de
función sobre el fieldbus.
En la implementación del sistema en el capítulo III se detalla la explicación de la
red fieldbus , en las figuras 2.5 y 2.6 se ilustra la red fieldbus
DeltaVV/orksta~tion
FieldBusPower Supply
IHHI
-ti
Figura: 2.5 Esquema de la red Fieldbus.
23
Fielcfbus Power Supplywith Terninotor In
DeltoVVorkstatio]
FietdbusDevices
.Juctian Block
Nota:
fP>Use fieldbus cablefor nain run and spurs.
Figura: 2.6 Esquema general de instalaciones de la red Fieldbus.
SP
L
EV
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VÁ
LV
UL
A
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ubre
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2001
2.3
24
3. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
3.1 REQUEWMIENTOSDESOFTWAIffiYHAia)WARE(3)
El sistema de automatización delta v, ofrece una fácil instalación de hardware
y alimentación de energía; el software es completamente amigable para el
usuario para procesos de control avanzados adecuados al tamaño y la
necesidad] de la aplicación
3.1.1 HARDWARE DEL SISTEMA DELTA V
Entre los componentes del hardware del sistema Delta v se tienen los
siguientes:
1 Subsistemas de entrada / salida (I/O) que procesan información de los
instrumentos de campo.
2 Controladores que ejecutan el control local, manejan datos y
comunicaciones entre tarjetas I/O y la red de control.
3 Fuentes de alimentación de energía.
4 Estaciones de trabajo (PC) que proveen una interfase gráfica al usuario
del proceso.
5 La red de control que provee comunicación entre los nodos del sistema.
3.1.1.1 Equipo del sistema Delta v
El sistema Delta v utiliza un riel de montaje interconectando los portadores y
demás accesorios que son asignados para la instalación en un armario. Los
portadores (carriers) proveen conexiones de poder y comunicación. Las
tarjetas I/O y los controladores son modulares, y simplemente se conectan a
los portadores mediante un plug.
Entre los portadores existen verticales como horizontales, se utilizan los
portadores horizontales. A continuación se hace referencia a los tipos de
25
portadores.
Portadores horizontales Delta v
Hay tres tipos de portadores horizontales:
- Un portador que lleva fuente de poder y el controlador ( 2 wide power /
controller carrier.
- Un portador de 8 slots para interface de I/O.
- Un portador de 8 slots para interfase de I/O intrínsicamente seguro.
Bus local
El bus local consiste de los siguientes componentes:
- Un bus de poder interno en el portador de la fuente de poder y el
controlador.
- Buses internos sobre los portadores de ¡nterfase I/O.
Conexión de cables.
El bus local alimenta poder al controlador y a las tarjetas I/O y provee
conexiones de comunicación entre tarjetas. El bus local distribuye una
alimentación de 12 VDC, cuyo cableado no puede ser mas que 6.5 metros.
6.5n-<21.3Ft)Fronstart to end
• Controller
SystenPowerSuppty
I/DSwtasysten
l/QSubsyston
Figura 3.1 Ejemplo de bus local.
26
3.1.1.2 Subsistema I/O Delta v
El subsistema I/O incluye las interfaces I/O montadas sobre una o más
portadoras y una fuente de poder opcional para los aparatos de campo.
Una interfase I/O consiste de los siguientes componentes:
- Un bloque terminal I/O sujetado sobre el portador de interfase I/O que
provee terminales para el cableado de equipos de campo.
- Las tarjetas I/O sujetas sobre el bloque terminal I/O, sobre el portador de
interfase I/O; y convierten señales de campo a un formato digital para
control y comunicación.
Este arreglo permite primero instalar los bloques terminal I/O y realizar la
conexión del cableado de campo antes de colocar los otros aparatos,
reduciendo el tiempo de instalación y de mantenimiento.
El sistema puede usar los siguientes tipos de bloques terminal I/O, entre los
más importantes:
Fusibles
Sin fusibles
- Fieldbus H1
- RTD (ohmios)
- Serial
- Termocupla (mv)
- 32 canales
- Bloque terminal interfase, etc.
El sistema entre los más importantes puede utilizar los siguientes tipos de tarjetas
I/O:
Entradas.
- Entradas analógicas, 8 canales, 4-20 ma.
- Entradas analógicas, 8 canales, 4-20 ma. , Protocolo hart.
- Entradas analógicas, 8 canales, 1-5 VDC.
- Entradas discretas, 8 canales, 24 VDC, aislado.
27
- Entradas discretas, 8 canales, 24 VDC, contacto seco.
- Entradas discretas, 8 canales, 120 VAC, AISLADO.
- Entradas discretas, 32 canales, 24 VDC, contacto seco.
- Fieldbus H1, 2 pórticos.
RTD, ohmios.
Entre las salidas se tiene:
Salidas.
- Salidas análogas, 8 canales, 4-20 ma.
- Salidas análogas, 8 canales, 4-20 ma. , Protocolo Hart.
- Salidas discretas, 120 VAC/230 VAC, aislada.
- Salidas discretas, 8 canales, 24 VDC, aislado.
- Salidas discretas, 32 canales, 24 VDC (high-side).
Un subsistema puede soportar hasta 64 tarjetas I/O.
Alimentación equipos de campo
Para minimizar cableado se puede conectar una fuente de poder directamente a
la portadora de interfase I/O, la que provee poder a equipos de campo que son
conectados a algunos tipos de I/O.
3.1.1.3 Sistema de poder Delta v
El sistema consta de una fuente de poder AC/DC a través de una fuente de poder
DC/DC, como también un sistema de poder intrínsecamente seguro.
Fuente de poder del sistema Delta v
El sistema de alimentación de poder se monta sobre el portador de 2 slot (2 wire
power/controller carrier) y suministra poder al controlador y a los subsistemas I/O.
Se puede adicionar una fuente de alimentación en caso de redundancia.
Hay 2 tipos de fuentes de alimentación en el sistema Delta.v:
- Fuente (AC/DC) acepta 120/230 VAC y provee 12 VDC, 5VDC o 3.3 VDC
al controlador y los subsistemas I/O.
28
- Fuente (DC/DC) acepta 12 VDC y suministra 12 VDC] 5VDC o 3.3 VDC al
controlador y a los subsistemas I/O. Esta fuente requiere una adicional
para la entrada de poder (Bulk power supplies)
Esta fuente adicional (Bulk power supplies), alimenta al sistema y a los aparatos
de campo. La fuente de poder del sistema esta aislada de la alimentación de los
instrumentos de campo.
24 VDCfran PluntDiStribution
Figura 3.2 Ejemplo del sistema de poder y alimentación del bus de campo
3.1.1.4 Estación de trabajo
Como se mencionó anteriormente, la estación de trabajo es una interfase gráfica
que ayuda a configurar el sistema, operar y recibir reportes. La identificación del
sistema Delta v, es un conector (llave) que se coloca en el puerto paralelo de la
estación de trabajo (Professional plus). Esta identificación, única del sistema Delta
v, permite al usuario instalar y descargar cambios al sistema. Esta identificación
no es necesaria cuando el sistema esta operativo continuamente o al resetearlo
después de estar trabajando. Una estación de trabajo (Professional plus) requiere
el servidor NT de Microsoft, si se trabaja en la red de control Delta v con más de 5
estaciones de trabajo. En este caso se trabaja con una estación de trabajo más
que la professional plus, la cual es la que maneja los operadores (operator) y
29
realiza el control de la caldera. La estación de trabajo (professional plus) es la
computadora central, aquella en donde se tiene la base de datos,
3.1.1.5 Red de control Delta v
La red de control es una red de área local aislada ETHERNET (LAN) que
suministra comunicación entre controladores y estaciones de trabajo. Utiliza hubs
estándar ethernet para conexiones de comunicación. Un hub es un equipo en una
red donde se realiza las conexiones de cableado y se rutea la
señal a través de una red ethernet separada (redundante) Una red ethernet es
una red especifica de área local (LAN) que usa banda base con una señal a 10
megabits por segundo (Mbps).
3.1.1.6 Especificaciones técnicas del hardware del sistema Delta v
De acuerdo a las señales de entrada y salida que vienen o van a los equipos de
campo, se puede utilizar un cierto número de tarjetas I/O, fieldbus, etc.,
permitiendo realizar los lazos de control.
De acuerdo a las especificaciones técnicas, se definen cuantas tarjetas I/O,
fieldbus, se utiliza para tener un sistema óptimo de trabajo.
Conectando bus de alimentación de campo
Cada par de slots sobre la portadora I/O tiene cuatro terminales para la fuente de
poder, dos son para la conexión de la fuente y dos para el retorno. El bus de
alimentación de campo se puede rutear a las dos tarjetas adyacentes. Se puede
usar una fuente diferente para cada conector de alimentación o se puede
extender la alimentación a otro par de tarjetas. Al realizar la extensión de poder a
las próximas tarjetas I/O, no se debe exceder una corriente de 6.5 amperios para
la fuente. Esto se puede observar a continuación gráficamente en las figuras 3.3,
3.4 y 3.5j
30
Conpction Far /*—IT*a I/D Curas \—I
p a p a
O conectian Far-Adjoccnt l/n Cord
p a p D
First Supply CannO Second Supply Connectin
Figura 3.3 Diagrama de cableado
Supply Connection
Supply ReturnConnection
Supply ReturnConnection
iI/D
1 1 | 1 0 | |
InterFace Carrier
Bussed FieldPower Connection
Connections onPrinted Vire Botird
Connector
I/U EnterFoce carrier
Frant View
Figura 3.4 Conector de poder de bus de campo
31
Cor-ection ForTwo Modules
Conection ForAdjacent Modules
Re tun
Supply
DC
_
+
AC
N
L
Add Junper Viresto Extend Power
Gptional Vires toExtend Power taNext Connector Slots
Figura 3.5 Diagrama de cableado para extensión de poder
A continuación se presenta el detalle de las especificaciones técnicas del
portador de ¡nterfase de 8 slots en la tabla 3.1.
ítem
Capacidad
Máxima corriente:
Bus local (poder tarjetas I/O)
Bus de alimentación de campo
Cable del bus local
Especificación
8.0 A.
6.5 A.
1.2m (3.9 pies)
Tabla 3.1: Especificaciones técnicas del portador de interfase de 8 slots.
Tarjetas I/O
El subsistema Delta v l/O, soporta múltiples tipos de tarjetas de l/O, incluyen-
tarjetas de entrada y salida análogas y discretas, tarjetas de entrada y salida
HART, tarjetas seriales, tarjetas intrínsicamente seguras de entrada y salida
análogas y discretas; y las tarjetas fieldbus H1. Las tarjetas l/O convierten las
señales de campo a un formato apropiado para control y comunicación. Las
especificaciones y los diagramas se presentan a continuación.
32
Tarjeta entrada análoga, 8 canales, 4-20 ma. - HART
ítem
Número de canales
Aislamiento
Rango de señal
Rango de señal límite
Corriente de bus local (12 VDC nominal)
por tarjeta
Poder circuito de campo por tarjeta
Corriente por canal
Resolución
Calibración
Fusible (Opcional)
Montaje
Especificación
8
Cada canal es ópticamente aislado del
Sistema, 100 VAC.
4-20ma.
1 a 22.5 ma. Con chequeo de sobre-
corriente.
100 ma. Típico, 150 ma. Máximo.
300 ma. Máximo a 24 VDC (+/- 10%)
32 ma, Máximo
16 Bits
No requerida
2.0 A.
Asignado a slot del portador I/O.
Tabla 3.2: especificaciones de la Tarjeta entrada análoga, 8 canales] 4-20 ma.
HART
Terminal
Fusibleopcional
Portador(Carrier)
24 vdcAlimentación
Bu5__ca_np_o__
— Conexión ComúnPqira 8 canales
Sistema
Figura 3.6 Diagrama tarjeta entrada análoga, 4-20 ma., 2 cables
(bloque terminal I/O)
33
Tarjeta salida análoga, 4-20 ma., HART.
ítem
Número de canales
Aislamiento
Rango nominal de señal
Rango de señal límite
Corriente del bus local (12VDC nominal)
Por tarjeta.
Precisión rango de temperatura
Resolución
Requerimiento en la salida
Calibración
Soporte de comunicación (solo Hart)
Fusible
Montaje
Alimentación circuito de campo por tarjeta
Especificación
8
Cada canal es ópticamente aislado del sistema
A 100 VAC.
4 - 20 ma.
1 ma. a 23 ma.
100 ma. típico, 150 ma. máximo.
0.25% del rango
12 bits para salida análoga, 8 canales, 4-20 ma.
14 bits para salida análoga, 8 canales, 4-20 ma.
Hart.
20 ma. a 21.6 VDC. Para una carga de 700
ohmios.
Información almacenada en tarjeta.
Protocolo hart solicito /responde.
Reporte variable hart, estado equipo de campo.
2.0 A.
Asignado slot sobre portador I/O.
300 ma. máximo a 24 VDC. (+/- 10%).
Tabla 3.3: Especificaciones de la tarjeta salida análoga, 4-20 ma., HART.
Portador AumentaciónBus de Canpo
24 VDC
Conexión Comúnpara 8 canales
Terminal
FusibleOpcional
Equipo4-20 nao Hard
Figura 3.7 Diagrama salida análoga, 4-20 ma. , 8 canales
34
Entrada discreta, 32 canales, 24 VDC, contacto seco.
ítem
Número de canales
Aislamiento
Nivel de detección para encendido
Nivel de detección para apagado
Impedancia de entrada
Corriente de bus local (12VDC nominal) por
tarjeta.
Alimentación circuito de campo por tarjeta
Montaje
Especificación
32
Cada canal es ópticamente aislado del sistema
a 250 VAC.
>2ma.
<0.25 ma.
5 K. ohmios (aproximado)
50 ma. típico, 75 ma. máximo.
150 ma. a 24 VDC.
Asignado a slot sobre portador I/O.
Tabla 3.4: Especificaciones de la tarjeta de entrada discreta, 32 canales, 24 VDC,
contacto seco.
A continuación se presenta el diagrama de bloques de la tarjeta de entradas
discretas.
Portador 24 VDCAlimentación
Campa
Tarjeta Entrada Discreta
Conexión Conún32 Canales
Figura 3.8 Diagrama de la tarjeta entrada discreta, 32 canales, 24 VDC, contacto
seco
Salida discreta, 32 canales, 24 VDC.
35
ítem
Número de canales
Aislamiento
Rango salida
Corriente de salida
Estado de apagado
Corriente de bus local (12 VDC. nominal) por
tarjeta.
Alimentación de campo por tarjeta.
Montaje
Especificación
32
Cada canal es ópticamente aislado del sistema
a 250 VDC.
24VDC+/-10%.
100 ma. por canal
0.1 ma, máximo
100 ma. típico, 150 ma, máximo.
Corriente de 3.2 A. a 24 VDC. por ¡nterfase I/O.
Asignado slot de portador I/O.
Tabla 3.5; Especificaciones de la tarjeta de salida discreta, 32 canales, 24 VDC.
Portador BusAlimentación
Canpo
Ter""1ninal
TARJETA SALIIA DISCRETA
Sistema
A
Conexión conúnparo. 32 capoles"o. 32 caiholi
•e-
_L iFigura 3.9 Diagrama, tarjeta de salida discreta, 32 canales, 24 VDC.
Tarjeta Fieldbus H1.
Fieldbus es un protocolo de comunicación digital, serial, bidireccional que
interconecta equipos como: actuadores, sensores, equipos discretos y
36
controiadores en el campo. Es una red de área local (LAN) para instrumentos que
habilitan un control básico y I/O para operar el equipo de campo.
Especificaciones de interfase Delta v fieldbus H1:
ítem
Número de pórticos
Tipo de pórtico
Aislamiento
Corriente bus local (12 VDC nominal)
Por tarjeta
Alimentación circuito de campo por tarjeta
Montaje
Especificación
2
Foundation fieldbus H1 - 31.25 kbit/s
Cada pórtico es aislado del sistema
Y de cada otro por 250 VAC
400 ma. Típico, 600 ma. máximo
Ninguno
Asignado slot en portador I/O.
Tabla 3.6 Especificaciones de interfase Delta v fieldbus Hl:
Tarjeta Field.bus Hl
Sistema
Terminal
Pórtico 1
Pórtico 2
Figura 3.10 Diagrama pórtico fieldbus H1,
Especificaciones del controlador modelo M5 Plus.
ítem
Requerimiento de poder
(Alimentado por el sistema de alimentación de
poder a través del portador power/controller)
Fusible de protección
Disipación de poder
Montaje
M3/M5 Plus
+ 5 VDC a 750 ma. Máximo
+ 3.3 VDC A 500 MA. máximo
3.0 A no reemplazable
4.0 W típico
5.4 W máximo
Sobre portador de 2 slots power/controller.
Tabla 3.7 Especificaciones del controlador modelo M5 Plus.
37
Sistema de aumentación de poder a través de fuente (DC/DC)
ítem
Entrada
Poder de salida
Razón de salida
Protección de entrada
Protección sobrevoltaje
Montaje
Conectores externos;
Poder primario
Contactos de alarma
Especificación
11 VDCa 14VDC
10 W a 60 grados centígrados
+ 1 2 VDC (a través del diodo) a 8.0 A
+ 5 VDC a 2.0 A
+ 3.3 VDC a 1.2 A
Fusible interno no reemplazable
(para condición de falla interna)
Salida protegida a 110% - 120%
Sobre portador de 2 slot
Entrada DC, 2 cables
Relay con 2 contactos normalmente abiertos.
Tabla 3.8: Especificaciones del sistema de alimentación de poder a través de
fuente (DC/DC)
Una vez establecidas las características del hardware Delta v, utilizado en la
¡mplementacion del sistema de control de nivel de agua en el domo, control de la
presión del hogar y control de la presión de vapor del caldero a bagazo en el
Ingenio La Troncal, cabe señalar que en el Ingenio La Troncal, por la seguridad
que se requiere en la operación de la caldera fives, se establece un control
redundante que dispone también de una red de control redundante. En la figura
3.11 se observa el diagrama de conexión para la red de control redundante.
Controller
V/arkstotíonController
STP Cot.5 CableMaxinun LengtkvlOQn <330 Ft)
- or 12- PortSecondary Huta
STP Cat.5 CableMaxinun LengtkvlOOn C330 Pt>
Figura 3.11 Red de control redundante.
38
El sistema redundante requiere un portador adicional para el controlador y la
fuente de poder adicional. De acuerdo a la figura 3.12
Power Supply 1 Controller 1 Power Supply 2 Controller 2
Figura 3.12 Ejemplo de instalación de un controlador redundante.
- Controiador 1 recibe 5 V. y 3.3 V de fuente Nro. 1.
- Controlador 2 recibe 5 V y 3.3 v de fuente Nro. 2.
- Ambas fuentes de poder proveen 12 V. Con lo que se provee de voltaje
también a las tarjetas I/O.
Por medio del software se asigna una licencia de redundancia al controlador
simple en el explorador Delta v.
3.1.2. CALCULO DE CAPACIDAD DE LAS FUENTES DE ALB1ENTACIÓN
Como se esta usando las fuentes de alimentación para proveer poder a los
equipos de campo y a! bus de campo para cada tarjeta, se debe realizar un
cálculo de la cantidad de carga que se esta utilizando según las especificaciones
técnicas de cada tarjeta (carga por tarjeta) para dimensionar la capacidad de la
fuente. En las siguientes tablas se tiene los cálculos respectivos:
39
Fuente de poder 12 VDC.
Tipo de producto
Controlador
Entrada y salida
análoga.
Salida discreta, 32
canales, 24 VDC.
Entrada discreta
Fieldbus H1
Total
Cantidad
2
4
1
1
3
Amperios (c/equipo)
0.75
0.15
0.15
0.075
0.6
Total
1.5
0.6
0.15
0.075
1.8
4.225 A.
Tabla 3.9: Dimensionamiento de la fuente de poder 12 VDC
Se ha asignado una fuente de 12 VDC a 37 A que es suficiente para esta
implementación, se debe tomar en cuenta también que se consideró que en un
futuro se asignará más tarjetas para realizar otros controles relacionados con la
caldera y/o la fábrica.
Fuente de poder de equipos de campo. (24 VDC.)
Tipo de producto
Tarjetas de entrada y
salida análoga.
Tarjetas de entrada
discreta contacto seco.
Tarjeta de salida
discreía
Alimentación de poder
fieldbus.
Cantidad
4
1
1
6
Amperios c/equ¡po
0.3
0.040
3.2
0.45
Total
1.2
0.040
3.2
2.70
Total 7.14 A
Tabla 3.10: Dimensionamiento de la fuente de poder equipos de campo
Basándose en este resultado se asigna una fuente de 24 VDC y 18 A., de la
misma forma y pensando en una futura ampliación.
40
Hasta ahora se ha descrito la implementación del hardware del sistema de control
Delta V., incluido la red de control (LAN), se complementa con los diferentes
diagramas de conexión mostrados en el anexo A. Una vez realizada está
descripción de la instalación del sistema Delta v, se pasa a detallar la conexión
de señales de campo ai sistema Delta v, mediante la red fieldbus con sus
respectivos planos de conexión.
3.1.3. INSTALACIÓN RED FIELDBUS
Foundation fieldbus es un sistema de comunicación digital serial, de dos vías, que
interconecta equipos inteligentes de control y medida. Esencialmente utiliza una
red de área local (LAN) para la conexión de los equipos de campo.
Foundation fieldbus permite un control PID en el campo y en varios instrumentos
en el campo, en cualquier control, y usa tecnología de descripción del instrumento
similar a hart. En este proyecto no tenemos ningún control en el campo.
3.1.3.1. Comunicación de la red fieldbus
Blocks- Resourse- Transduser- Function
UserApplication
Connunication"Stock"
Physical Layer
Connunication Managenent;- Scheduling- What Data is sent to
what other device(s)- Conunication support and
nanagenent functions
Field Devices and Viríng
Fieldbus
Figura 3.13 Modelo simplificado de comunicación fieldbus
La tecnología de comunicación que es usada en foundation fieldbus esta basada
en un modelo estándar. El modelo consiste de tres capas principales:
- Capa física (Physical Layer)
41
- Librería de comunicación (Communication stack)
- Aplicaciones de! usuario.
Capa física (Physycal Layer). La capa física incluye el cableado de los equipos
de campo y los componentes que actualmente están conectados al proceso;
ejempioj transmisores, posicionadores de válvulas.
La capa física recibe mensajes de las capas superiores y convierte los mensajes
a señales físicas sobre el medio de transmisión fieldbus y viceversa.
Librería de comunicación (Communication Stack). Consiste de tres capas de
comunicación, las cuales al mismo tiempo manejan comunicación entre dos
equipos o entre un equipo y un paquete semejante a delta v.
Aplicación del usuario (User Application). Tiene definido una aplicación del
usuario estándar basado en bloques, que representan funciones de aplicación de
diferentes tipos.
3.1.3.2. Bloques FieldbusTransducer BlockInterface ta Sensors- Calibratlon Infarnation- Configuraron Infarnatian-Manufacturar-Serial Nunber- Enablp Features
Function Block<s)Define Control Systen Behavior- A!. AD, DI, DD, PID, Etc.- Approx 30 Stocks Deflned- Blocks Configurad fay Host to
Inptenent a Control Strategy
Transducer(servo)Bock
Resource BlockBevice characteristics- Nane-Manufacturer-Serial Nunber- Enable Features
Figura 3.14 Diagrama de bloques fieldbus
Cada equipo fieldbus incluye tres tipos diferentes de bloques.
42
Resource block. El bloque resource incluye solamente leer, información, que
ayuda a definiré! equipo. La información puede incluir;
- Nombre del fabricante
Número de modelo
Materiales de construcción
- Opciones del equipo
Dependiendo del instrumento, pueden haber varios parámetros configurables.
- Modo (Automático o fuera de servicio)
Con este modo podemos calibrar el dispositivo, cambio de parámetros, etc.
- Opciones de alarma
- Características de seguridad y límites de acceso; por ejemplo, bloqueo de
escritura, características deshabilitadas, etc.
Transducer block. Es la interfase a los censores, usados para medir,
temperatura, presión, flujo, etc. Este bloque incluye calibración y otros datos como
por ejemplo:
Información de calibración de equipo
Datos de! censor
El modo del bloque transducer (automatic or out of service) automático ó fuera de
servicio es configurable para realizar rutinas de calibración, el bloque debe ser
ajustado a OOS (out of service).
Function blocks. El bloque de funciones en un equipo depende del tipo y estilo
del instrumento. Por ejemplo un transmisor de presión con solamente una variable
de proceso (PV) puede incluir solamente un bloque de entrada análoga (Al), Por
otro lado el transmisor podría incluir una segunda variable de proceso (PV) y un
algoritmo PID. El transmisor Rosemount 3051 incluye:
Dos bloques de función Al
43
- Un bloque PID.
Rol de los bloques de función
Módulos de control en Delta V. Cuando usamos el paquete delta v, los bloques
de función de entradas y salidas en varios equipos de campo y en el controlador
son gráficamente enlazados en conjunto para formar la estrategia de control,
llamado como un módulo de control.
3.1.3.3 Descripciones del instrumento (DeviceDescriptions) (DDs)
La fundación (foundation) provee un software estándar que contiene una librería
llamada servicio de descripción del equipo (device descrtiption sen/ice). La
descripción del equipo habilita la interoperabilidad de los mismos. La descripción
del equipo es usada para describir;
Parámetros estándar del bloque
- Parámetros únicos del equipo
3.1.3.4 Comunicación pi*ogramada (Communication Scheduling)
_Absolute Link SchecMp Start Tiner
DPfset = O for AI Execution
Device 1Macrocycle
LASMacrocycle
UnscheduledCannunicationPernitted
Device 2Macrocycte OFfsct = 50 for-
O 2 0 4 0 60
tine
ed Execution- Does Not Requiere Bus Tine- Interal to Device
Connunication- Requiere Bus Tine- Canunicate Data ta other Devices
Unscheduled Connunication- Requieres Bus Tine- Dccurs V/hen Bus is Free- Alarns- Tine Synchronization- PN and Uve List Maintenance
i) - Token Passing
n- Length of Macrocycle ¡s deterninedby DeltaV
Figura 3.15 Diagrama de comunicación Programada.
44
La distribución del control a equipos de campo es posible hacerlo mediante una
sincronización de:
- la ejecución de los bloques de función, y
- la comunicación de los parámetros de los bloques de función sobre el
fieldbus.
Macrocycle. Un único itinerario de una programación dentro de un segmento. Ei
macrocycle programado es el tiempo de ejecución que el usuario específica para
todos los bloques de función sobre el segmento. Cambiar el macrocycle
programado se lo realiza de la siguiente forma:
Delta V explorer - fieldbus port - properties - general tab
Cambios válidos son 250 ms, 500 ms, 1 s (default), 2 s y 5 s. Los macrocycles
programados deberían ser más grandes o iguales a el macrocycle requerido.
El macrocycle requerido es el tiempo de ejecución actual más algún tiempo del
envío de datos. Esto es calculado por el LAS (Linked Active Schedule) (H1 Card).
Chequear este tiempo se lo hace de la siguiente forma:
Delta V explorer- H1 port- properties - advanced tab
3.1.3.5 Tipos de Equipos
Enlace Master (Link master)
El equipo link master son capaces de comenzar el LAS. La tarjeta delta v H1 es
el equipo master. Los equipos de campo pueden tener la capacidad de ser un link
master; y, serían un respaldo (backup) del LAS si el master falla. El link master
ejecuta algunas funciones:
45
Comunicación programada
- Macrocycle. El LAS mantiene una lista de tiempos de transmitir para todos
los datos almacenados en los instrumentos conectados.
- CD (Compel Data). Cuando es el momento de un equipo particular para
transmitir el contenido de su buffer, el LAS envía un CD (Datos exigidos)
mensaje al equipo.
- Publish/Subscribe (Envía/Recibe). Cuando reciben datos (CD), el equipo
envía datos a todos los equipos sobre la red fieldbus. Equipos que son
configurados para recibir los datos son llamados subscribers.
Envía / Recibe (Publish / Subscribe)
La tarjeta H1 soporta un máximo de 20 enlaces publisher y 20 enlaces subscriben
por pórtico, no exceder un total de 25 enlaces. Por ejemplo la tarjeta puede
soportar 20 enlaces publisher y 5 enlaces subscriben, ó 5 enlaces publisher y 20
enlaces subscriber. En este caso estamos dentro de este rango.
Un enlace (link) es definido como una conexión entre un parámetro fieldbus en un
equipo sobre el segmento y otro parámetro fieldbus en otro equipo en el
segmento.
Comunicación no programada
- Sondeo de nodos y manteniendo la lista activa (Probé node (PN) and Live
list maintenance).Entre las transmisiones de mensajes programadas, el
LAS regularmente envía un mensaje para sondear nodos (PN) para
determinar si algún cambio se ha realizado en la lista de equipos sobre la
lista activa (uve list). Si el equipo tiene que ser adicionado o removido.
- Señal de paso (PT) (Pass Token). Entre las transmisiones de mensajes
programados, cada equipo esta dispuesto a una oportunidad para
transmitir mensajes no programados. El LAS, concede permiso para
acceder a el fieldbus para comunicación no programada enviando una PT
(Pass Token), señal de paso a el equipo. Cuando el equipo recibe la señal
este envía mensajes. Transmisiones no programadas son generalmente
46
para cambios en datos de configuración, cambios en set points,
información de alarma y otra información no crítica en el control.
3.1.3.6 Capa Física (Physical Layer)
La capa física recibe mensajes de la librería de comunicación, convierte a señales
físicas y transmite por el cableado. También detecta las señales eléctricas del
cableado y las convierte en mensajes.
La tarea de conversión incluye adicionar y remover preámbulos, empezar y
finalizar secuencia de datos.
X"-"" >N(Jser Appücatiort
Connunication"Stack"
Physical Layer
Fieldbus Vire
Figura 3.16 Diagrama capa física
3.1.3.7 Señal fieldbus
La fuente de poder provee 9 a 32 VDC. La señal entregada al equipo +/- 20 mA a
31.25 Kbits / s para una carga equivalente de 50 ohmios para crear un voltaje de
1 Vpp. Esto mostramos en la siguiente figura.
47
13 (a W !-•- jl-B
£
Figura 3.17 Señal fieldbus.
3.1.3.8 Topología
La conexión de ios instrumentos son mediante spurs, que son conexiones en la
cuál ia distancia de los instrumentos ai bus de comunicación principal son de 1 -
120 metros. Los instrumentos ubicados en la caldera cumplen esta especificación.
La red instalada contiene 2 spurs, la conexión de estos spurs se presenta en el
anexo A; veamos la siguiente figura , junto con una tabla en donde tenemos otras
opciones de conexión.
Topology
Intu bvcn
1-11W-H
• G™<™
I»-»-, iv i»IC«<r !C,
IM"fl><M,
Mr IDwt1»- 4>«H I>X- W
Figura 3.18 Diagrama de conexión spur.
Alimentación de poder fieldbus. (Fieldbus power supply).
Las especificaciones fieldbus indican que debe haber una alimentación de poder
sobre el segmento, para proveer de poder a los instrumentos de campo que no
tienen alimentación. Una fuente estándar DC conectada directamente al
Segment0j en caso de falla cortaría la comunicación entre instrumentos del
segmento. Para evitar esto una fuente de poder (18 VDC) con acondicionamiento,
que contiene una impedancia específica debe ser instalada entre el sistema de
alimentación y el segmento fieldbus. Es decir provee las condiciones requeridas
de voltaje DC (rizado muy pequeño, además que filtra ruidos) a los instrumentos
de campo.
Los requerimientos de poder para equipos fielbus difieren pero tienen una medía
de 20 ma, por instrumento, el cual es nuestro caso. El sistema delta v soporta 16
equipos por segmento con un máximo de 350 ma. por segmento. De acuerdo a
esto se ha evaluado la fuente de poder fieldbus MTL5995 como aquella que
ofrece una buena condición de trabajo para el segmento fieldbus.
La fuente MTL5995, tiene una impedancia característica de salida sobre un rango
de frecuencias. Esto es necesario porque equipos con señal de poder bajos
conectado al segmento fieldbus puede introducir un cambio de corriente continua,
cargando sobre el bus cada vez que ellos cambian el estado de recibir o
transmitir. Para evitar oscilaciones largas sobre el bus cuando esto ocurre, la
respuesta global del sistema de bus es definida para no tener picos significativos
de resonancia sobre la frecuencia en un rango de 50 hz. a 40 Khz. Para conseguir
esto la fuente de poder requiere tener una impedancia de 50 ohmios combinada
con una bobina de 5 mH en este rango de frecuencia.
La figura 3.19 muestra la impedancia característica conectada a la impedancia del
terminador del bus.
49
5nsan
L J
icónFieldtausCable icón
Figura 3.19 Impedancia característica de fuente de poder fieldbus
En la práctica 50 ohmios de impedancia de salida debería limitar la corriente
disponible en e! bus de poder de los instrumentos de campo fieldbus. Sin
embargo una circuiteria adiciona! de la tarjeta MTL5995 reduce la impedancia de
salida a un nivel bajo (< 2 ohmios). La figura 3.20 ¡lustra la instalación del
cableado.
Terminadores
Un segmento fieldbus actúa como una línea de transmisión para datos de
comunicación entre varios instrumentos. Un terminador balancea la impedancia a
cada fin de la línea de transmisión para asegurar una comunicación confiable. El
MTL5995 (power supply) tiene un terminador que puede ser activado
interiormente o fuera. En suma tenemos dos tipos de terminadores disponibles,
dependiendo de la ubicación de la fuente de poder y del final del cable. En este
caso utilizamos 2 terminadores que van en las cajas de unión "spurs", ya que la
fuente de poder va después de la tarjeta fieldbus H1; y, cuyo fin de la red esta en
el spur, como vemos en los diagramas de conexión.
50
D|~|
D
GDn 0
O
0O
D C
D C
D
L
[
r
c
J
** 1
1 i(Front) (Back)
Figura 3.20 Fuente de pode fieldbus (cableado)
ir—L-
8Back
i erninatianSwitch
^^^\n
^^•Switch
PDU*»
3
3l£I
®1<$>O
3
C
C
~ll
of Front oPFieldtous is Fieldbus
Power Supply Powerwith terninator
Supply
o oría o U
a a r
FíeldbusDIN Rail Mounted
Ternínator
Junction BLockTerninator
Figura 3,21 Terminadores
51
3.1.4 SOFTWARE DEL SISTEMA DELTA V
El software Delta v en la estación de trabajo tiene un alto rendimiento como
paquete para cumplir nuestras necesidades.
El software de la estación de trabajo viene totalmente cargado y habilitado con un
integrador de comunicaciones delta v TCP/IP (protocolo de comunicaciones). Con
comunicaciones delta v, se esta prácticamente listo para empezar.
El software delta v esta dividido en cuatro clases de funcionalidad:
Definición del sistema. Este software contiene la base de datos global, donde
todos los instrumentos del sistema delta v son definidos y almacenados en
relación al software de operación y ingeniería.
Operación. Estas aplicaciones son utilizadas por operadores de la planta y
supervisores para controlar y manejar el proceso.
Ingeniería. Esta aplicación del software es usada típicamente por el ingeniero y
personal calificado de mantenimiento para optimizar las operaciones.
Integración. El sistema delta v no debería estar separado del resto de áreas de la
planta. Es por esto que el servidor delta v OPC y OPC Mirror (protocolos de
comunicación) facilitan llevar parte de los datos de la planta para aplicaciones del
cliente a través de la red local.
La funcionalidad de estas clases de software tienen que ser aplicadas de acuerdo
a nuestra conveniencia en las estaciones de trabajo:
Professional plusProfessíonalOperatorApplicationBase
52
3.1.4.1 Definición del sistema
El software de la estación de trabajo professional plus contiene toda la base de
datos global. Esta integración completa de base de datos coordina todas las
actividades de configuración. Toda la información de delta v tiene un nombre y es
fácilmente identificada por el nombre, como los archivos en una PC.
Toda la comunicación entre la estación de trabajo delta v y los nodos del
controladora lo largo de la red es automática y transparente.
El software de la estación de trabajo professional plus puede manejar seguridad
para acceder a todas las aplicaciones del sistema delta v. A cada estación de
trabajo delta v con funcionalidad de operador, el usuario puede ser limitado a
ciertas áreas de la planta para operar y observar. Esta seguridad puede ser
definida para una estación individual, como también para un usuario específico.
En la tabla 3.8 se tiene las características de cada estación de trabajo, en este
caso trabajamos con la professional plus y la de operación.
3.1.4.2 Operación
El software delta v de operación provee un ambiente de uso fácil para operación
de procesos y acceder a la información. Las aplicaciones de operación pueden
incluir:
Interfase del operador
- Diagnósticos
- Observar históricos continuos
Interfase de operador. Con el operador delta v3 se tiene una alta resolución
gráfica, provee detalles y flexibilidad para mostrar información. Un operador
estándar "desktop" de escritorio y una filosofía de operación para todos los
módulos proveen un uso fácil, alta confiabilidad en el ambiente del operador.
Pantallas de operación, detalles de los displays e instrumentos del proceso están
53
alrededor de una pre -ingeniería. Empezamos con una pre-elaboración de la
estrategia de control, le damos un nombre, se instala en el controlador y
automáticamente tenemos asociadas pantallas de operación._
N. FUNCIÓN c *2\o ¡
N. o -2í\^ en\ •—
>v ^ V)
ESTACIÓN \ Q
Profesional Plus
Profesional
Operador
Aplicación
Base
v
c;O"uro0Q.
O
•\j
Y
•\j
,5
.Sí'c0)O)
Y
Y
C;O'óniO)
-4-1
_c
V
c
'o(TJO
'c
ioü
V
V
V
V
V
Descripción
Este sistema contiene configuración, ingeniería,operación y comunicación. Un completo sistemade seguridad que provee el estado de losobjetos orientados en la base de datos. Laprofesional contiene funciones de ingeniería,operación y comunicación permitiendo cambiara ingeniería al empezar a trabajar comooperador al estar en línea
La profesional contiene funciones de ingeniería,operación y comunicación, además permitecambiar entre ingeniería y operación al empezarel proceso
El Operador contiene el software de operación ycomunicación, todas las herramientas que senecesita para tener un completo control sobre elproceso.
Esta es una estación multipropósito dedicada a :listóneos de la planta,conjunto de históricos,ntegración defunciones._a base le da la flexibilidad para seleccionarindividualmente el Software y la aplicación quese desee
Tabla 3. 11 Características de las estaciones de trabajo
Diagnóstico. La aplicación diagnóstico del delta v, explora como se encuentra un
equipo de campo si está presentando una alarma. A través de la red de control
observamos un nodo y incorporamos diagnóstico, entonces obtenemos la pantalla
de diagnóstico del instrumento.
Histórico continuo. La ventana delta v del histórico del proceso presenta
información continua de los históricos de las variables del proceso de control, en
tiempo real, además que estos datos quedan grabados.
54
Cada módulo de control mantiene una configuración de los históricos de todos los
parámetros del módulo.
3.1.4.3 Ingeniería
La aplicación delta v de ingeniería maneja las herramientas de configuración, se
puede acceder a la base de datos global para la configuración del sistema.
Para actividad de proyectos de ingeniería, el software tiene una biblioteca de pre-
ingeniería, rehusadle, módulo y piezas de estrategias de control. Podemos utilizar
estos módulos para hacer lazos de control, podemos grabar, cambiar nuestro
módulo de control en la biblioteca.
El (Delta v Explorer) explorador Delta v es la herramienta primaria de navegación
para configurar nuestro sistema Delta v de control. Automáticamente cuando una
configuración ha sido modificada, sus respectivos ítem son resaltados, lo que
indica que necesita una descarga al controlador. Se puede descargar solo un
cambio, múltiples cambios y el sistema completo.
Dentro de la aplicación Delta v de ingeniería tenemos las siguientes partes:
Delta v Explorer presenta el sistema completo de configuración en una sola
ventana y permite acceder directamente a un ítem.
Configuración display parte del operador Delta v, provee pantallas y símbolos
gráficos dinámicos para la configuración.
Estudio de control (Control Studio) provee una estrategia de control gráfica
para la configuración, una ventana en línea y capacidad de depuración del lazo de
control.
Asistente de configuración (Configuration Assistant) es un software que es
55
una herramienta que ayuda para guiarse paso a paso en el sistema de
configuración.
Ventaja de las soluciones de manejo (Asset Management Solutions) es una
aplicación la cual ejecuta configuraciones, recalibraciones, diagnósticos remotos
para foundation fieldbus y hart.
Estudio de formulas (Recipe Studio) un ambiente que desarrolla y maneja un
conjunto de formulas.
3.1.4.3.1 Explorador Delta v (Delta v Explorer)
El Delta v explorer permite buscar y utilizar ítem ya sea para copiar, mover y
hacer asignaciones (direcciones). Se puede copiar un modulo de control de la
biblioteca seleccionada y ¡levarlo al área donde se quiere tener un nuevo modulo.
Cuando un controlador y las I/O son conectadas al sistema, el controiador es
inmediatamente auto-censado (auto-sensed). Entonces cuando seleccionamos el
controlador, lo llevamos a la red de control y le damos un nombre, con lo cual
definimos un nuevo controlador. Las ¡nterfaces I/O son mostradas solamente
como componentes del controlador.
3.1.4.3.2 Configuración del display
Usa las herramientas estándar como copiar, cortar, pegar y arrastrar y colocar
para configurar fácilmente el display. El estudio gráfico facilita usar imágenes de
la planta escaneadas con procesos dinámicos actuales, añade sonido al display y
construye su propio movimiento animado en símbolos gráficos.
La predefinición del operador estándar desktop simplifica y mejora el diseño de su
propio display y el trazado de la operación del display. Es decir información que
es importante, debería ser desplegada; y, los métodos comunes de navegación
en la operación son todos previstos, simplificando su ingeniería.
56
La predefinición de gráficos y símbolos dinámicos del display, tienen la posibilidad
de añadir lenguaje y capacidades lógicas. Esto se puede construir manejando
coordenadas del display y definiendo símbolos dinámicos.
En suma los módulos estándar incluyen pantallas, tendencias y detalles del
display y soportan control análogo, discreto y secuencia! en los módulos de
operación.
No necesita conocer la información física del módulo para usar esta información
en un gráfico del display. Todo lo que se necesita conocer es el nombre del
módulo y se puede buscar en los lazos del sistema. Esta búsqueda se extiende a
algún parámetro del módulo, incluyendo set point, estados y ajustes.
3.1.4.3.3 Estudio de control (Control Studio)
El delta v control Studio ayuda a crear gráficamente, modificar y analizar su
estrategia de control. Todos los módulos de la estrategia de control son fácilmente
ensamblados, usando métodos de arrastre y pegar (drag and drop), cortar, copiar
y pegar, lo cual simplifica su aplicación.
Con una búsqueda de lenguajes de control gráfico, se puede seleccionar el tipo
de lenguaje apropiado para el tipo de funciones de control que su proceso
requiere.
- Diagramas de bloques de función (Function Block Diagrams) (FBD)
funciones de control de fazo cerrado y cálculos continuos.
- Cartas de Función Secuencial (Sequential Function Chart) (SFC) ejercicios
de control que son secuenciales.
- Texto estructurado (Structured Text) (ST) cálculos avanzados y evaluación
de expresiones.
Se puede ínter mezclar estos lenguajes de control dentro de un módulo de
control. Todos los módulos son tratados como entidades separadas en el control
57
studio omitiendo trabajar sobre un módulo sin interferir en otros módulos que
están ejecutándose en el mismo controlador.
Porque los lenguajes fundamentales son gráficos, no hay traducción entre que
esta observando cuando configura y lo que actualmente se ejecuta en el sistema
Delta v.
El control Studio trabaja en dos modos: editar y on-line (en línea). Editar es donde
la estrategia de control se implementa. On»line permite ver la ejecución de la
estrategia. Se puede también depurar la estrategia de la misma ventana gráfica;
y, usar todas las herramientas de análisis necesarias.
3.1.4.3.4 Asistente de configuración (Confíguration Assistant)
El asistente de configuración provee información y guía la configuración para un
nuevo y ocasional usuario del sistema delta v. El asistente de configuración le
ayuda paso por paso a través de cada sección del sistema, proveyendo ayuda
gráfica para cada tópico.
3.1.4.3.5 Cualidad de manejo (Asset Management)
Con esta opción (Asset management solutions) (AMS) se diseña en el sistema
Delta v: configuración, calibración; y diagnósticos remotos de los equipos
foundation fieldbus y hart, que son de difícil acceso. Este ambiente integrado
elimina la necesidad de algún hardware adicional o cableado paralelo. Esta
integración total es la primera en el mercado para combinar procesos de
automatización con ASSET MANAGEMENT.
Con AMS dentro del sistema Delta v, mantener la base de datos del equipo es
fácil, la información del equipo está disponible en línea. El tiempo que se
demoraba antes en guardar la información es eliminado.
Podemos rápidamente y de la mejor manera cambiar configuraciones de la
58
estación de trabajo y descargar al equipo de campo. Esta auto configuración se
ejecuta en la mitad del tiempo normal y mejora la precisión del trabajo. Se puede
ajustar los parámetros de configuración desde la pantalla de control, como
también reducir el tiempo en validar un problema en el lazo.
3.1.4.4 Integración (Integration)
Esta opción desarrolla una integración completa con la red de la planta. Esta
aplicación conecta a la red de control delta v y su red de área local de la planta,
para llevar la información a donde se necesite. En este caso solo utilizamos una
red redundante de control.
En el sistema Delta v tenemos otras opciones de trabajo más avanzadas que
permiten mejorar el sistema. Nosotros nos hemos centrado básicamente en lo que
se esta utilizando en la implantación en el Ingenio La Troncal.
3.2 ELEMENTOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN
Entre los instrumentos de medición y transmisión implementados en la caldera
tenemos los siguientes:
3.2.1 TRANSMISOR DIFERENCIAL DE PRESIÓN
Con este tipo de transmisor (FOXBORO) medimos el flujo de agua que está
entrando en la caldera y el flujo de despacho de vapor en el domo de la caldera,
en cada caso con su respectivo rango de trabajo. El modelo del transmisor es el
1DP10.
Descripción General
El transmisor inteligente diferencial de presión IDP10 mide la diferencia entre las
dos presiones aplicadas en el microcensor, que mide la fuerza aplicada en el
diafragma dentro del ensamblaje del censor.
59
Este microsensor convierte la diferencia de presión a un cambio de resistencia. El
cambio de resistencia es convertido a una señal de 4 a 20 ma. proporcional a la
diferencia de presión o a la raíz cuadrada de la diferencia de presión para medir
flujo. Esta señal de medida es transmitida a través del mismo par de cables que
alimenta el transmisor.
Datos técnicos
Transmisor de caudal de vapor y caudal de agua
Modelo: IDP10-D20B21E-L1K
Alimentación: 12.5-42 VDC
Rango de Calibración: 4 ma. = 0 20 ma. = 4 MH2O
Calibración de transmisores de caudal de agua y vapor
Rango bajo (4 ma.) 0.0 Ính2o
Rango alto (20 ma.) 157.73 inh2o
Limite alto: 270.00 Span mínimo: 1.00
Medida en TN/H
Valor de rango bajo: 0.0
Valor de rango alto: 70.0
70 TN/H = 1 57.73 inH2O
La calibración y otros datos técnicos auxiliares, se presentan en el anexo B.
3.2.2 MEDIDOR MAGNÉTICO DE NIVEL DE LIQUIDO
Con este instrumento medimos el nivel del agua en el domo superior de la
caldera, este equipo viene ya calibrado de fábrica para un rango diferencial de
presión de O -500 mmhhO, que es la distancia a la que están ubicadas las piernas
húmedas en el domo para la conexión del medidor.
60
Descripción General
El PROMAG CLT 251 PM-1000 transmisor continuo de nivel, es un equipo que
está diseñado para transmitir una señal eléctrica proporcional a el nivel del líquido
en un tanque. Consiste de:
1) Un elemento censor primario que consta de una cadena continua de
resistencias y contactos dentro de un tubo de acero inoxidable, el cual es
colocado a lado del promag PM-26 medidor de nivel del líquido.
'* 2) Un transmisor PM-100B, que convierte la señal del censor primario a una
señal estándar de 4 a 20 ma.
3) Un flotador magnético. El CLT-C25/ PM-1000 (cámara de montaje del CLT)
censa la posición del flotador magnético dentro del PM-26 medidor de nivel
del líquido.
Lo referente a datos técnicos y calibración del medidor de nivel promag, se
¿ incluyen en el anexo B.
3.2.3 TRANSMISORES DE PRESIÓN (SMART MODELO 3051)
Los transmisores Smart modelo 3051 de Fisher-Rosemount utilizados para la
medición de presión de vapor en el domo, presión en el hogar y presión de baja
parrilla, son equipos que operan con tecnología fieldbus.
* El modelo 3051 CD, transmisor diferencial de presión (Differential Pressure
Transmitter) trabaja con medidas de presiones de 0.1 inH2O a 2000 PSi (0.02 a
13800 Kpa) con una precisión en la medida de 0.075%. Se utiliza para medir
presión de baja parrilla y presión de hogar, debido a que se manejan valores de
presiones bajas, y se necesita un transmisor que trabaje con rangos pequeños de
presión y de una medida exacta.
j, El modelo 3051 T, transmisor medidor de presión absoluta (Gage and Absolute
Pressure Transmitter) mide presiones de 0.3 a 1000 psí, utiliza una electrónica
61
basada en un microprocesador. Se utiliza para medir presión de vapor en el
domo.
Los rangos de trabajo son los siguientes:
- Transmisor de presión de vapor
Rango de calibración O a 800 PSI
Alimentación 9 - 32 VDC/17.5 ma.
Número 3051 TG3F2B21AB4M5
- Transmisor de presión del hogar
Rango de calibración O a 25 inHaO
Alimentación 9 - 32 VDC/17.5 ma.
. Número 3051 CD1F52A1AB4
- Transmisor de presión de baja parrilla
Rango de calibración O a 250 inhteO
Alimentación 9-32 VDC/17,5 ma.
Número 3051 CD2F52A1AB4
Los transmisores usan comunicación fieldbus, digital, serial de dos vías. Los
rangos de calibración de los transmisores, se dimensionan de acuerdo a las
características de diseño de la caldera, es decir para la presión de vapor cuyo
valor es de 27 bares, dimensionamos un transmisor de O a 800 PSI, con respecto
a la presión del hogar que esta en el orden de -2 a -5 Da, se utiliza un transmisor
de O a 25 in H2O, el cambio a decapascales se lo realiza en el bloque de calculo
en el programa, y para el transmisor de baja parrilla, la presión de trabajo es de
50 Dpa, dimensionamos un transmisor de O a 250 inHaO, cabe destacar que los
dos últimos transmisores tienen una precisión en la medida muy confiable y
manejan valores pequeños de presión.
3.2.4 CONTROLADOR DIGITAL DE VÁLVULA (DVC 5000Í)
La serie DVC 5000f de controles digitales de válvula tienen un módulo master que
puede fácilmente ser reemplazado en el campo, sin desconectar cableado ni
62
conexiones de aire. El módulo master contiene los siguientes submódulos: un
convertidor de corriente a señal neumática (I/P), una tarjeta electrónica y un relay
neumático.
El instrumento provee un control en la posición de la válvula o cilindro neumático,
en respuesta a una señal digital que proviene del controlador. La siguiente
descripción explica el principio de operación.
Descripción General
La señal digital es enviada por el mismo cable que se utiliza para alimentar el
equipo (18 VDC), entonces esta señal lee el microprocesador, en base a un
algoritmo digital y convierte a una señal análoga que ingresa al I/P. Cuando la
señal digital incrementa, la señal en el I/P se incrementa produciendo que se
incremente la presión en el relay neumático. Cuando la presión aumenta, el relay
abre el puerto de alimentación y cierra el puerto de escape de aire, incrementando
la presión de salida al actuador; esto causa que el bástago del actuador
descienda. La posición del vastago es censada a través del enlace de
realimentación por el censor de recorrido, el cual es conectado eléctricamente a la
tarjeta electrónica. El vastago continua moviéndose hasta conseguir su correcta
posición, en donde se produce un equilibrio en la presión del aire en el relay.
Cuando la señal digital decrece se produce el proceso contrario.
El DVC 5000f, usa la "foundation fieídbus" red de comunicación fieldbus para
comunicarse con otros instrumentos y el cuarto de control.
IX]
Figura 3.22 Principio de operación - Control digital de válvula 5000f
63
Los datos técnicos y de calibración se presentan en el anexo B.
3.2.5 TRANSMISOR DE TEMPERATURA 848T
El transmisor de temperatura modelo 848 T, es óptimo para procesos de medir
temperatura, porque tiene la característica que simultáneamente mide ocho
puntos de temperatura separados e independientes con un solo transmisor.
Múltiples tipos de censor de temperatura pueden ser conectados al transmisor
modelo 848 T, que permite comunicación múltiple de las variables a la red
fieldbus.
Los censores de temperatura como RTDs y termocuplas producen señales de
nivel bajo, proporcional a la temperatura. El modelo 848T convierte la señal del
censor análogo a una señal digital. Esta seña! es transmitida por la red fieldbus.
Los datos técnicos y de calibración se presentan de igual forma en el anexo B,
incluyendo el diagrama de bloques del trasmisor de temperatura.
3.2.6 TERMOCUPLA TIPO J
Termopar se denomina a la unión de dos alambres conductores con diferente
composición metalúrgica. El termopar genera una fuerza electromotriz (Fem.) que
depende de la diferencia de temperatura de la punta caliente o de medida y la
unión fría o de referencia, así como de la composición del termopar. El
funcionamiento del termopar esta directamente relacionado con algunas leyes
termoeléctricas por ejemplo:
Efecto de Volta. Si se unen dos metales heterogéneos que tienen igual
temperatura, se creara una diferencia de potencial en sus extremos libres, cuyo
valor es constante si se trata de la misma punta] y tienen las mismas condiciones
de temperatura en el momento de la medición.
64
Efecto de Pellier. Siempre que se someta a temperaturas fluctuantes a la unión
de un termopar, se producirá cambios en el orden de milivoltios generados, que
es dependiente únicamente de la temperatura en la punta caliente o de medición.
Efecto de Thomson. Cuando los extremos de un mismo conductor están sujetos
a un gradiente de temperatura, se producirá una diferencia de potencia! que
depende de la diferencia de temperatura.
JUNTA DE MEDICIÓN JUNTA FRÍA G DE REFERENCIA ,
INSTRUMENTO
Figura 3.23 Termopar
Se llama termocupla tipo j porque tienen los materiales que forman el termopar
que son: Hierro-Constantano] en este tipo de punta el hierro es electropositivo y el
constantano electronegativo, mide temperaturas elevadas ya que el hierro
empieza a oxidarse a partir de los 700 grados centígrados.
3.2.7 CALCULO DE RANGOS DE PRESIÓN DE TRANSMISORES
Con relación a rangos diferenciales de presión en los transmisores de flujo de
agua y de vapor en la caldera, nos basamos en ecuaciones matemáticas dadas
en manuales de instrumentación y controles automáticos. Sin embargo si desea
conocer el desarrollo matemático de estas ecuaciones pueden referirse al
siguiente documento: Control del nivel de agua del caldero principal de IANCEM,
Ing. Carlos López, Escuela Politécnica Nacional, 2000,pagina 51; que es bastante
didáctico.
La ecuación a utilizar es: Q = 5.667(SD Gf*h/Gl)
65
Donde: Q = flujo volumétrico (gpm)
h = presión diferencial (ính2o)
Gf = peso específico del fluido a temperatura de trabajo
G1 = peso específico del fluido a temperatura de referencia
S = factor de ajuste
D = diámetro de la tubería (inch)
S (factor de ajuste) esta tabulado en función de B que es la relación de diámetros
d/D para varias tomas, d es el diámetro interno de la placa de orificio, que es el
censor colocado en la tubería para darnos una diferencia de presión en las tomas
a las cuales va conectado el transmisor diferencial de presión IDP10.
Para calcular la presión diferencial (pulgadas de agua) que corresponde al
transmisor diferencial IDP10 que mide el flujo de agua que entra al domo de la
caldera procedemos de la siguiente manera.
Los datos son: Q = 70 TN/H = 308,2 Gal./ min. T = 105 °C
D = 4"
d = 65 mm = 2.55"
Cédula 80
T=105°C
Entonces de tablas D = 3.826", lo que implica que B = d/D = 0.66.
Para un B = 0.66, en tablas tenemos un S = 0.296.
Despejando: h - (QG1/ 5.667SD )* (1/ Gf).
Reemplazando valores tenemos:
h = 157.73 inHaO
Este valor corresponde al despacho de vapor del 100%. Calculemos la presión
diferencial para un flujo de agua de 40.1 TN/H,
66
Para este flujo de agua tenemos un valor de h = 51.84 ¡nhteO, este valor lo
utilizaremos, en el capítulo cuatro de resultados, para establecer la comparación.
Para la presión diferencial (pulgadas de agua) del transmisor que mide el flujo de
vapor en el domo de la caldera utilizamos la siguiente ecuación:
W (Ib/h) = 359 S D h Yf
Donde los datos son: Q = 70 TN/H = 154000 Ib/h
Diámetro de tubería = 10"
Diámetro placa de orificio = 7.515"
Cédula 80 , presión 22 bares
En tablas sabemos que D = 10.020"
Entonces B = d/D = 0.75 y en tablas tenemos S = 0.422 y Yf = 0.65
Reemplazando en la ecuación los valores y despejando h, obtenemos el siguiente
resultado:
H = 157.69 inH2<3.
Recalculando la presión diferencial para un valor de 37.1 TN/H, se obtiene un
valor de h = 44.37 in H2Ü, que será utilizado en el capítulo cuatro de resultados
para establecer una comparación.
3.3 LAZOS DE CONTROL
3.3.1 CONTROL DE NIVEL DEL AGUA EN EL DOMO
En la figura 3.24 que se presenta a continuación, analizamos la estrategia de
control implementada en el diagrama de bloques.
Los bloques AI1 (nivel domo A) y AI2 (nivel domo B) reciben ía señal de los
transmisores de nivel de agua en el domo, la salida de estos bloques pasa a
67
través de los bloques LIM1 y L1M2, estos bloques limitan la señal de entrada entre
2 valores de referencia, en este caso solo los utilizamos como bloques de paso,
ya que no se esta limitando la señal de entrada. Entonces los bloques CALC1 y
CALC2, revisan si hay alguna falla en el transmisor, para dar una señal de alarma
en caso de falla de cualquiera de los dos transmisores, luego de esto las señales
pasan al bloque CALC3, en donde este bloque utiliza solo la señal que esta en
buen estado en caso de que hubo una falla o promedia la señal cuando están las
dos bien.
Los bloques de función de escalas SCLR 1 y 2 (scaler function block), proveen
una escala y dimensionan entre dos unidades diferentes de unidades de
ingeniería, en este caso no los utilizamos pero se lo configura en caso de alguna
ampliación del sistema de control.
Es importante señalar que debido a problemas en el transmisor que envía la señal
a la entrada AI2 (nivel domo B), no se lo utiliza por lo que la señal solo se obtiene
'¿U de la entrada AI1 (nivel domo A), en eí programa no causa problema ya que solo
se desactiva el bloque correspondiente para que no indique falla.
Una vez hecha esta aclaración, tenemos la señal en el bloque de cálculo 3, este
envía su salida a la entrada (IN) del bloque PID1 y PID3 y a la entrada 2 (IN2) del
bloque de calculo 8.
Veamos como ingresan las señales de los transmisores de flujo de agua y flujo de
w vapor a los PID, para luego seguir con eí análisis a partir de los bloques PID que
nos da la salida a la válvula de control de entrada de agua al domo de la caldera.
La señal de flujo de vapor AI3 pasa a un bloque de cálculo 6, en el cual se verifica
si es correcta o no, para dar una alarma en caso de falla. También va al bloque
SCLR3; y, la salida al bloque de cálculo 4, en donde verificamos si el despacho de
vapor es mayor o menor que 12 TN/H, la salida del bloque SCLR3, va a un
£, totalizador parcial 1NT1 (integrator function block) y un totalizador total INT2 en
donde acumulamos los valores de despacho de vapor; y, a un bloque OR1 (or
•JS function block) se conecta la salida CALC4, también va directo a la entrada 2 del
bloque de cálculo 7.
La señal de flujo de agua AI4, se reparte a un bloque SCLR4, que lo utilizaremos
para una futura ampliación del control, va para el bloque de cálculo 5, el cual
verifica el estado de la señal, en caso de falla da una alarma o de lo contrario la
señal va al bloque OR1. La señal de flujo de agua va en forma directa al PID2.
,¿ El bloque ORÍ, determina si el control seleccionado por el operador esta a tres
elementos o un elemento, además independiente de la selección si es que hay
falla de cualquier transmisor de flujo de agua o vapor, cambia el control a un
elemento o cuando el despacho de vapor es menos de 12 TN/H. La salida de este
bloque va a un bloque de cálculo 9 en donde se selecciona el set point (SP) de
nivel que ingresa el operador tanto para el lazo a tres elementos como un
elemento, también va a un bloque NOT1(not function block) que invierte la señal y
su salida se conecta al bloque OND1(on-delay timer function block) bloque
*temporizado que demora la transferencia de un valor verdadero "1" a la salida,
conectando su salida al PID1 (TRK-IN-D). La salida del bloque OR1 se conecta
también al bloque NDE1 (negative edge trigger function block) que genera un
valor verdadero "1" a la salida cuando la entrada cambia de verdadero a falso,
esta señal es evaluada por el bloque ACT1 (action function block) que indica si el
PID2 esta en cascada.
^ Ahora que tenemos todas las salidas de los bloques anteriores conectadas a los
bloques PID1, PID2 y PID3 analicemos estos bloques.
El PID2 y PID3 trabajan en cascada, cuando estamos en el lazo de control a 3
elementos y se cumplen las condiciones del mismo. El bloque de cálculo 7
(CALC7) es en donde establecemos la ecuación de balance de masas y es
nuestro set point remoto que ingresa al PID2 para darnos una salida a la válvula
de acuerdo a la señal de flujo de agua que se tiene.
69
E! PID1 trabaja cuando estamos en el lazo de control de un elemento. El bloque
de cálculo 8 establece la siguiente relación: si el nivel esta entre 35% y 75% ia
salida a la válvula corresponde a la salida del lazo de control a uno o tres
elementos que esta mandando el PID que esta en operación. Si es menor que
35%, el bloque CALC 8 manda abrir totalmente la válvula; y, si es mayor que 75%
el bioque manda a cerrar totalmente la válvula. Esto se observa en el diagrama de
bloques de función de la figura 3.24
OU
T1 E
S E
L S
ET
PO
INT
DE
NIV
E3.2
4
70
3.3.2 CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR
El lazo de control de la presión de vapor en el domo de la caldera esta distribuido
de la forma mostrada en la figura 3.25 :
Al bloque PID2 le llegan las señales de presión de vapor de la caldera en el
domo, que se compara con el set point local (SP) dando una señal de salida que
regula la velocidad en los alimentadores de bagazo; y, la apertura del damper de
aire primario] estableciendo una proporción aire/bagazo para una adecuada
combustión.
La salida del bloque PID2 se conecta con la entrada del bloque RTLM1(rate limit
function block), es un bloque de función que limita el cambio del valor de salida
del PID2 , la salida del bloque RTLM1 es conectada a un bloque selector XFR1
(transfer function block) que es un bloque que transfiere a la-salida la entrada 1 o
la entrada 2 de acuerdo al selector, en este caso a la entrada 1 (IN1) del bloque
XFR1 se conecta la salida del bloque RTLM1 y a la entrada 2 la salida del bloque
RTLM2, al cual se conecta la señal que viene de un PID general (Master) que
esta contemplado en el control y que trabajara una vez que se automaticen las
otras calderas, en este caso solo consideramos el control local (0) y no el remoto
(1) que es para el PID master. Entonces en el bloque XFR1 solo consideramos ia
entrada 1 y con el selector en local (0). La salida del bloque XFR1 se realimenta al
PID2 y también se conecta a la entrada 1 del bloque de cálculo 1(CALC1), este
bloque suma a la entrada 1 una constante (BIAS) que asigna el operador,
entregándonos a las 5 salidas del bloque la IN1 más un vías que el operador
asigna de acuerdo a la operación que realice. Las 5 salidas del bloque de cálculo
1 (CALC1) se conectan a los bloques LIM/.LIMS.LIMg.LIMIO.LIMH (limit function
block) respectivamente, este bloque limita la señal de entrada en 2 valores de
referencia, la salida de cada bloque de límite se conecta a los bloques selectores
XFR2,XFR3,XFR4,XFR5 y XFR6 respectivamente, en la entrada (IN1).
Analicemos de donde provienen las otras entrada (IN2) de Jos cinco bloques
selectores anteriores. Para esto partimos del selector local (0) o remoto (1) del
71
bloque XFR1, que se conecta a la entrada 1 del bloque CALC3, a este mismo
bloque en las entradas IN2JN3.IN4JN5 y IN6 se conectan cinco selectores
manual (0) ó automático (1); para que el operador tenga la opción de operar en
manual los cinco alimentadores si es necesario. El bloque de cálculo 3 verifica si
el operador esta trabajando en manual o automático, entonces las salidas del
bloque CALC3 se conectan a la entrada de selección de los bloques selectores
XFR2)XFR3,XFR4, XFR5 y XFR6 respectivamente. La entrada ÍN2 de los bloques
selectores anteriores corresponde a la velocidad de los alimentadores que el
operador ingresa manualmente.
De acuerdo a esto a las salidas de los bloques de selección XFR2 al XFR6
tenemos la señal que viene del PID2 si es que está trabajando en automático, ó
puede también estar con algunos alimentadores en automático y otros en
manual.
Continuando con la estrategia de control, las salidas de los bloques de selección
se conectan a 5 bloques limitadores, las salidas de estos bloques limitadores se
conectan a la entrada 1 (IN1) de los bloques de calculo 5-6-7-8-9. A la entrada 3
(IN3) de cada bloque de cálculo se conecta una señal que índica que el nivel del
agua en el domo de la caldera esta bajo, adicionalmente a la entrada 2 (IN2) de
los bloques de cálculo se piensa conectar un contacto que indica que los motores
de los alimentadores están encendidos, esto mediante los bloques DI (discrete
input) y OND (on-delay timer function block), que es un bloque que retarda un
tiempo en poner a la salida un valor verdadero (1), lo cual no se implemento
debido a problemas de bloques eléctricos en los paneles de control de los
motores de los alimentadores. Entonces cada bloque de cálculo manda a la salida
el valor de lo entradal si es que no hay una alarma de nivel bajo en el domo, o
sino manda a la salida un valor de cero (0) que es la mínima velocidad del motor
en el alimentador. Como hemos visto las salidas de los bloques de cálculo 5-6-7-
8-9 son las que regulan los posicionadores electroneumáticos montados en los
cilindros neumáticos que gobiernan los reductores variadores de velocidad de
cada alimentador.
72
Hasta ahora hemos descrito como el PID2 ó el operador en caso de que esté en
manual, manda la señal a los equipos que controlan la velocidad para la
alimentación de bagazo.
Establezcamos ahora la proporción aire/bagazo para obtener una buena
combustión y conservar la presión de vapor de acuerdo al set point en la caldera.
Las cinco salidas del bloque de cálculo 1, se conectan a las cinco entradas del
bloque de cálculo 2, el cual promedia las señales y su salida se conecta a la
entrada (IN1) del bloque SGCR1 (signal characterizer function block), es un
bloque que caracteriza o aproxima una función definida por una relación entrada/
salida. La función se define mediante la configuración de algunos puntos
(coordenadas x.y), por lo que el bloque interpola una salida para un valor de
entrada usando la curva definida por fas coordenadas configuradas.
La salida del bloque SGCR1 ingresa a un bloque BG2 (bias/ gain function block)
que provee una ganancia ajustable, la salida 1 (out 1) del bloque BG2 se conecta
a la entrada 1 (1N1) del bloque XFR7, a la entrada 2 (1N2) del mismo bloque se
conecta un bloque por medio del cual el operador puede ingresar manualmente
un valor para la apertura del damper de aire forzado; y, a la entrada de selección
del bloque XFR7 se conecta un selector para que el operador pueda trabajar en
automático (1) ó manual (0). Entonces la salida de este bloque va a un bloque
LIM6; y, su salida va a comandar la apertura del damper de aire primario.
Lo valores de los bloques limitadores se fueron estructurando durante el
funcionamiento de la caldera para obtener una combustión óptima. De la misma
forma se obtuvo la curva de caracterización.
A continuación mostramos ei diagrama de bloques de función en la figura 3.25
73
3.3.3 CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR
En esta estrategia de control utilizamos un control predictivo en función de la
cantidad de aire para la combustión de bagazo, para compensar el valor de la
presión del hogar al actuar sobre el gobernador del damper del tiro inducido.
Al bloque PID1, se conecta a la entrada la señal del transmisor de presión del
hogar (PT-C2-125), la salida del bloque PID1 compensa para que la presión del
hogar medida sea cercana al set point de trabajo; y, se conecta a la entrada 1 del
bloque de cálculo 2 (CALC2), a ia entrada 2 del bloque de cálculo 2 se conecta la
salida del bloque de calculo 1 (CALC1), esta señal es el porcentaje de aire de
combustión de bagazo, entonces en el bloque CALC2 se establece que el lazo
este en automático y compensa la salida del P1D1 de acuerdo a que porcentaje de
aire de combustión se está utilizando, para luego la salida del bloque CALC2,
enviar a gobernar el damper del aire de tiro inducido.
Este lazo que presentamos junto con el lazo de control de alarmas en el gráfico
3.26
3.3.4 LAZO DE CONTROL DE ALARMAS
Este lazo permite mostrar en la pantalla de operación las alarmas de nivel alto y
nivel bajo de agua en el domo de la caldera. Además al tener nivel alto, se activa
una válvula de purga, que ayuda a que el nivel no suba demasiado.
La estrategia se basa en captar las señales de alarma que vienen de los
contactos de nivel alto y nivel bajo que se encuentran en el transmisor promag de
niveí de agua del domo y conectarles a los bloques DI2 y DI3 (discrete input) que
son bloques de entradas discretas y que corresponden al switch de nivel alto y
switch de nivel bajo respectivamente. Entonces del bloque DI2 la salida pasa a un
bloque CALC2 que verifica si existe o no nivel bajo y da una alarma que se
visualiza en la pantalla del operador. De la misma forma, la salida del bloque DI2
se conecta al bloque OND2, que demora un tiempo el paso de una señal
74
verdadera (1) a su salida. Esta salida si es un cero (0), una vez que se conecta al
bloque OFFD2 (off-delay timer function block), demora el paso de la señal a su
salida, para almacenarse en el bloque TEMP, que utilizamos en el lazo de control
de combustión, por el contrario si ¡a salida del bloque OND2 es un (1) que se
conecta al bloque OFFD2, permite su paso inmediatamente para almacenarse en
el bloque TEMP. Este análisis corresponde cuando tenemos una señal de nivel
bajo en el bloque DI2.
Cuando tenemos una señal de nivel alto en el bloque DI3, la salida de este bloque
se conecta a un bloque CALC3 que verifica si tenemos nivel alto para dar una
alarma que se visualiza en la pantalla de operación, esta salida se conecta
también a la entrada de un bloque OND1, que demora un tiempo en caso de tener
un (1) a la entrada hasta mandarlo a la salida (espera a que el nivel se
normalice), entonces esta salida se conecta a la entrada 2 (IN 02) de un bloque
AND1 (and function block), que genera una salida discreta basada en la
compuerta lógica and. En la entrada 3 (IN 03) del bloque AND1 se conecta un
bloque que indica si la purga esta activada o no por parte del operador en la
pantalla, y a la entrada 1 (IN 01) se conecta un bloque CALC8 que analiza si el
PID1 esta en auto ó a 3 elementos en el lazo de nivel. Entonces el bloque AND1
de acuerdo a las condiciones de las entradas manda un (0) ó un (1) a su salida
que a la vez se conecta a la entrada 1 (IN D1) de un bloque OR1 (or function
block) que genera una salida basada en la compuerta lógica or. A la entrada 2 (IN
D2) de este bloque, se conecta un bloque que indica si la purga esta activada o
no desde la PC, en la entrada 3 (IN D3) se conecta un bloque en donde el
operador abre o cierra la válvula de purga manualmente, estas tres señales de
entrada de acuerdo a la tabla de verdad de la compuerta or manda una seña! de
salida al bloque DO (discrete output) que abrirá o cerrara la válvula de purga.
El operador tiene lo opción de activar o desactivar la válvula de purga, es decir
cuando esta activada se abre o cierra automáticamente, y cuando esta
desactivada, el operador es el que la abre o cierra.
Esta implementación del lazo de control se ilustra en la figura 3.27
ftl
CA
LC
PID
PA
RA
CO
NT
RO
LAR
LA
PR
ES
IÓN
DE
L H
OG
AR
SO
LO E
N A
UT
OM
ÁT
ICO
Fig
. 3.
26
IO_lM-CALDERASno 1/CD1ÍCH OS/HE UOJ/AL_D
LOW LOW LEVEL SW1TCH
)OJH*CALDER ASflO 1/CO 1/CMQ7/FIELD_VAL_D
LOW LEVEL SWTICH
ABRE LA VÁLVULA DE AGUA
IOJH -C ALDER ASflO lfC01/CHOWFIELD_\3
Fig. 3.27
75
3.4 IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA
En el desarrollo de los diferentes numerales del capitulo 3, se ha tratado lo que
corresponde a la parte de hardware y software del sistema de control del caldero
a bagazo del Ingenio La Tronca!. En este numeral se completa la información
sobre algunos aspectos que todavía no se ha hablado lo necesario, entre estos
puntos tenemos.
1 Ubicación de la instrumentación en el caldero y de! panel de control.
2 Crear y grabar la estrategia de control, asignación del hardware de control
dentro del sistema delta v.
3 Pantallas de operación y sintonización de lazos.
3.4.1 UBICACIÓN DE INSTRUMENTOS
En la pantalla 1 presentamos a continuación la instrumentación montada en la
caldera.
ttmtn*HiC»&e*Gaaitsi-íat*n«rafrntwttWJ1IMW»*KWWUIÍOT«*ft<«*«
Pantallal: Ubicación de instrumentos
3.4.2 CREANDO Y GRABANDO LA ESTRATEGIA DE CONTROL
Antes de explicar como creamos y grabamos la estrategia de control,
comentemos sobre una de ias aplicaciones del software de Delta v. Como
mencionamos el software del sistema Delta v incluye una variedad de
76
aplicaciones para ayudarnos a configurar, operar, documentar y optimizar nuestro
proceso. Una de esas aplicaciones es el delta v Explorer (explorador de Delta v).
El Delta v Explorer permite definir las características del sistema, mirar la
estructura global, localizar al hardware del sistema y configurar. En suma,
mirando la base de datos, podemos copiar y mover objetos, modificar
propiedades de objetos y adicionar nuevos objetos.
Algunas de las cosas que podemos hacer con Delta v Explorer son;
- Adicionar estaciones de trabajo (workstations) y controladores a la base de
datos.
- Adicionar áreas de la planta y módulos de control a la base de datos.
- Adicionar, editar tipos de alarmas y editar alarmas prioritarias.
- Crear nombres fijos que pueden ser usados por módulos de control.
- Editar la red, controlador, y propiedades de la estación de trabajo.
- Descargar módulos de control en controladores.
- Cargar y asignar licencias.
- Exportar e importar datos para una edición externa como una base de
datos.
Las pantallas 2 y 3 están relacionadas con este procedimiento.
Pantalla 2: Ejecutando Delta v Explorer
77
A E*ptoiing DcHaV
0*-
pdtaV.Syttem
Al Cantone» Coi-íenít of DdU«_Sytlem'
¡ Ubiarj'I Siitlem ConTigualionH? Setup
, ConfrolStíalegiesg? Unatiigned I/O Refwencei
Í,AREA_A. BCP_DEMO
g( CALDERA]i CALDERA2^ CALDERA3. CALDERA4
^ GENERALm SYSTEM_TIME
f-¿¿* Phy«caí NeJwoihi- 1? Decommi«ion*d Conlroleii
•-(") CALDEHA_4^K CALDERAS-Affl DVINST
jJLfctarjiSSyjIemConfiguía.
Pantalla 3: Base de datos
Realizada esta introducción , los pasos que se utilizan para crear una estrategia
de control son:
- Crear y dar un nombre a una área de la planta que contenga los módulos
de control.
- Crear los módulos que especifican el proceso de entrada, salida, alarmas y
condiciones para el equipo del proceso, lazos de control, y otras partes del
proceso.
Las áreas de la planta son divisiones lógicas de la base de datos del sistema de
control. Estas áreas contienen los módulos donde está la estrategia de control.
Podemos definir hasta 100 áreas de la planta.
En este caso e! área es caldera 2, que a su vez se divide en 2 módulos, uno de
combustión y otro de nivel. El módulo de combustión contiene los lazos de control
que corresponde a la presión del hogar y la presión de vapor. El módulo de nivel
contiene las lógicas de control de nivel y alarmas.
El sistema Delta v provee de fábrica una área llamada ÁREA A, no se puede
borrar esta área porque es esencial para operaciones del sistema y ejecutar
ciertas funciones del sistema delta v. En las pantallas 4 y 5 mostramos como
78
creamos una nueva área; y, las áreas creadas para nuestra estrategia de control
en el Ingenio La Troncal, con sus correspondientes módulos.& Eicploring DeOaV , Explorara Deltav
i£fe £¿ flbpct ¿ppfiwliont
-¡Al Contanets IContenU
LibfaySyilem Cor/igiíation1? Selüp-& Conlrol Stiategiet
(• S? Unaiiignedt/ORefereocet
3 Sytíem Configura-.
hfa SCP.DEMQI m CALDERA1I ¡g DU.DERA2
& Q COHBUSTIOH2i S-A PHOGAH_C02
é-¿ PVAPOR_C02É- Q NIVEL2
Í-A ALAHMAS_C025- 4 HIVEL,C02
I H CALDERA3)-@ CALDERA4]$g GENERAL
f SpSYSTEMJIMEE3 -AjVPhi'tical Netwotk
••"•? Decornmitsioned ContiofeitB ¿ ¡S Contiol Hstwo«k
É-"-® CALDERAJ1- ¿R CALDERASEí-AS DV1NST
Pantalla 4 Creando nueva área Pantalla 5 Áreas definidas en la caldera
Para crear los módulos que contienen las estrategias de control, utilizamos otra
aplicación del software Delta v llamada control Studio (estudio del control). La
ventana del control Studio tiene diferentes secciones llamadas ventanas (views)
que son usadas para definir las características de un módulo. La pantalla 6
muestra el arreglo de Control Studio.
Ventana deJerarquía
Ventana deDiagrama
Barra debloques defunción
Parámetros dela ventana
Ventana dealarmas
Pantalla 6: Arreglo de Fábrica de ventana de Control Studio
79
Según este arreglo de fábrica de las ventanas de control Studio. Las ventanas
son:
Ventana de diagrama (Diagram view). Usada para crear el algoritmo de control
del módulo gráficamente sobre un diagrama (incluye una paleta de ítem que
contienen los diferentes bloques de función, que pueden ser colocados sobre el
diagrama).
Parámetros de la ventana (Parameter view). Usado para definir las
características del módulo, límites para alarmas, valores de fábrica, modo y otros
parámetros.
Ventana de jerarquía (Hierarchy view). Usada para ver la jerarquía de los
elementos que usamos en el módulo.
Ventana de alarmas (Alarm view). Usada para ver las alarmas que son
definidas, sus límites, prioridad y otra información.
En la pantalla 7 se observa la ventana de control Studio de uno de los lazos de
control del caldero a bagazo del Ingenio La Troncal. La pantalla 7 de control
Studio con el lazo de presión del hogar en la caldera.
rfc[CAU>E[lA2/CDM¡US!iaH2/FHDQAn_C02J • Cuntid Slud»\Pt E* JS»" ftj«t Bwn yureU ja*» fitirta aVrtw HiJn '
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Pantalla 7: Control Studio con lazo de presión del hogar
Los pasos finales para todos los módulos de control, son los siguientes:
- Identificar el gráfico de operación que será asociado con el módulo.
- Asignar e! módulo al controlador.
- Grabar el módulo en la base de datos.
- Verificar la configuración del módulo.
Identificar el gráfico de operación que será asociado con el módulo.
Hay tres tipos de gráficos de operación asociados al módulo de control: el gráfico
de control principal, gráfico de pantalla de operación (faceplate) y gráficos de
detalle.
En control Studio, entramos a propiedades del módulo, y en display asignamos
bajo Primary control, el nombre del gráfico principal. Note que en esta pantalla
también se define los otros dos gráficos. La pantalla 8 muestra las propiedades
del modulo presión del hogar.
PHOGAR COZ Propeities
Ptimaiü conírol.
Detail;
faceplate:
MOD FP
I Tools
Browse...
|| i Browse...
I Browse...
OK Canee! Help
Pantalla 8: Propiedades del modulo de presión del hogar
SI
Asignando el módulo at controlador.
Dentro de la pantalla de control Studio, entramos a: File / Assign to node,
entonces aparece la pantalla de browse (observar), seleccionamos controlador y
damos un enter. La pantalla 9 está relacionada con la asignación de un módulo al
controlador
Browse
PHOGAFLCQ2
PVAPOR C02
Pantalla 9: Asignando módulo al controlador
Grabar el módulo de control
En control studio seleccionamos: File / Save or File / Save As, la pantalla de
browse aparece, en la misma seleccionamos módulo y damos un enter.
Verificando configuración del módulo
En la pantalla de propiedades de control Studio, entramos a la barra de
herramientas (Tools) y esta pantalla permite verificar configuración, si existe
alguna falla el sistema avisa para realizar la revisión.
83
trabajo como proffesional plus; y, hacer ajustes de red. Configurar otras
estaciones de trabajo requiere pasos adicionales.
Una vez que se configura la estación de trabajo, se debe cargar y asignar las
licencias; y, descargar ia estación de trabajo en el explorador Delta v.
Configurando el controlador
Cuando se energiza el sistema delta v, censa los controladores conectados
físicamente y los coloca en el explorador delta v, como controladores
decomisados, en este punto se puede arrastrar y pegar el controlador a la red de
control.
Entonces para configurar un controlador conectado en el Delta v Explorer,
seleccionamos: Configuración del sistema / Red física / Controiador decomisado.
Seleccionamos el controlador y lo arrastramos y pegamos en la red de control. Al
arrastrar el controlador aparece una caja de dialogo, en donde se ingresa el
nombre dei controlador y le pregunta sí autocensa las tarjetas I/O. En este caso
para un controlador nuevo se debe autocensar las tarjetas I/O. La pantalla 11
indica como configurar el controlador.A-ExpIoiing DellaV
I Re £dí View übpct ¿ppEcaíions TjxAs
DeltaV_Syslem
A!l Contafnets | Contení* of <DeftaV_S,jisterri'
LibíarySyslem Configuraron
SetupContiolSttategies
? Unassignedl/ü Refeiences
ÁREA Ji
BCP_DEMOCALDERA!
£ CALDERA2CALDERASCALDERA4
k GENERAL
SYSTEM_TIMEPhvsical Hetwotk
B* Decommissioned ContralléisA-ÍS Control NetworkÉ~§ CALDERA_4B-Ag CALDERAS
EB-AÍS DVINST
Libtaiy
;tem Configura.
Pantalla 11: Configurando el controlador
- Configurando tarjetas I/O y habilitando canales
Primero se hace un autocenso (autosense) ó reconocimiento de las tarjetas
conectadas a la red física utilizando el Delta v explorer. Entonces se habilita los
canales de las tarjetas y define el "tag" etiqueta del instrumento para cada canal.
Los tags de los instrumentos son los nombres que el software delta v usa en los
módulos de control para identificar la entrada y salida a los instrumentos y el
hardware de los instrumentos como transmisores, válvulas, etc.
Para configurar un canal de una tarjeta entramos a la pantalla de delta v Explorer
y seleccionamos: System configuration / Physical network/ CTLR1 / I/O. El panel
derecho muestra las tarjetas conectadas. Esto se observa en la pantalla 12
fb £* VKMV Qtfea éppfcafora Jodj fleto
AJCorJahsrt .___;.. „_ „ ....„ ; jCoritriI,rfiDyiNST'_J
S CB Swlem Corfigurulbn
-& CaiücJStralegwi!- 0? Unanignedl/O Refa
CALDERA*! É-K GENERAL
SYSTEM_IIMEÓ-A AFlyícaí Hetwoik
-JT Decomrinianed Conli(*Hi
>p--«^,£-¿I?CAI~
Pantalla 12; Configurando canal en la tarjeta.
La ventana de configuración I/O, muestra todos los canales de la tarjeta y en la
ventana de propiedades de cada canal, habilitamos y damos un nombre al
instrumento que se conecta en el canal, esto observamos en las pantallas 12, 13
y 14.
85
I/O Conftguialion - [1/0]
'6 1E0* 'E* ^w íéTr ow
|ííí ! -á 0M:i3 & 0tPalh1 CH06
I ^^§ CH08|. coei ^^§ CH02
@ CHD3
S CHD4
| CHB5
i ^^1 CH071 CH08
• C07
•%> POI@ IY-OM10
Q (V-OM11@ IY )Í-112
0 (V-01-113Q rc-oi-114H PT-01-125
0 PT-01-129
Q PT-OM29
TS> P020 FCV-OM05
Q FD/-OM06^. | p ...
forHelp-P-s""
H»*> ' * ' \
• i H K'U ©^ <1 Tvoe < ' '
A!_CHAN
AI_CHAN
AJOCHANAO_8CH_HAHIJ-20
AO_DISABLEO_HART_C_
AO~DISA8LED_HART_C..AolDISA8LED_HAR7^C...
AO_DISABLED_KART_C..
AO_OISABLEO_HAf1T_C...AO_DISABLED_HAHT_C._
A0_0 ISAS LED_HAHT_Q..
AoIoiSABLEDlHAflT.C..
FICF»ldbutPalFuJdbui Dovice
FddbutDcYKo
Feldbui DevéFícUbUt DevK
Fieldturt Deví:
Fddboi DevicF)eldbut Devic
Fddbui Devic
Fetóbui Pal
Hetóbui Deyice
Heldbui D erice. — ,.
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DetJ&BTag"
OPI-04-102
LT-04-123AL7-04-123B
FCV-04-105
FCV-04-106
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IY-04-111
IY-04-112LO/-04-118
TCV-D4-WCftlDERASCOeCHOa
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t~
i Hefwanced Bu
mVEL_C04/AJ4/10JH
H1VEL_C04/AI1/10_IHNIVEL_C04/AI2/!OJH
PHOGAH_C(t4/A01/10_D...
FVAPOR_C04/A01 /]0_0...
WAPOR_OM/A02/IO_0...
WAPOR_OM/A03/IO_0...FVAPQR_C£M/AQ4/|0_0...
NIVEL_C04/AOWO_OUT
DESREC/Atn/IC)_.OUT
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__jBja<l•
EhabL I DetcñD&o (*•
Yei Flujo de ACUÍ*
Yei Tianiírita dí_.
Yej Ttoniimor^,
"'!••Yet ApeituaDan*-'
Ye* Apetlua Darr'e
Yet V«ÍadoideFT!¿
Yei VafladodeFc^Yei V»¡adotdeF-aj
Yei Vafuvlad-Afi'YM Vafyula de af,-,~i
Ho HARTDiwW^í
HELDBUS e>Ye» FeUbuicatóV
irASmenlodot 0>¿
AümcnlsdwO]'Afimemadot Q] .
Aümert adot 0; ' ,
PiM'wn dd H'-yl
Ptwiondeve*1^PtewonSopIí,1
Y« Fiddbut cald^ "' .
Aperlua DflnT5 . !
Apotua Dan-pj
*--""^C" ~*~ "iT(rT"*"!1j:J ir^pííifir"'-^
Pantalla 13: Configuración I/O
CH01 Properlies
Obfecl t^pe: Channe!
Modifíed: JuI15200111;Q9;23AM
Modifíed by: ADMINISTRATOR
Descfíplion:
Swítch Nivel Bajo Bajo. C01
Channel type:
JDiscrete Input Channel (HD)
Device Tag:
LSLL-01-120 Browsa.
Pantalla 14: Propiedades del canal
Después que se configura las tarjetas y canales I/O, se asigna licencias y se
descarga la configuración al controlador; recomiendan los manuales técnicos que
se haga una nueva descarga al controlador para comprobar si existen errores.
3.4.3 PANTALLAS DE OPERACIÓN Y SINTONIZACIÓN DE LAZOS.
3.4.3.1 Pantallas de operación
En base a la aplicación de operador de Delta v (Delta v opérate application) se
realizan las 2 pantallas de control, la pantalla principal en donde monitoreamos el
proceso; y, la pantalla de control del proceso en la que manipulamos nuestras
variables de control de las tres estrategias de control.
El Delta v opérate application tiene una documentación extensa (books on line)
para cualquier consulta que necesite realizar cuando se está configurando. Otra
característica es la habilidad para trabajar con los dos modos de Delta v. Es decir
cuando se crea un gráfico en el modo configuración, se puede observar el gráfico
en línea (mode run). La pantalla 15 indica esta ventana.
Ventana deherramientas
VentanaPrincipal
Ventana dealarmas
/PURGAACTIVADA ^ INGRESO
ECALDERA1 I'CONTROL2 I CALDERAS I CALDERA 4 [ GENERAL
Pantalla 15: Pantalla de operación
Dentro del ambiente de operación Delta v, tenemos el estándar Delta v operator
desktop, cuando estamos en línea (mode run) Esta aplicación esta diseñada
específicamente para utilizar en e! sistema delta v del proceso. Consta de tres
87
ventanas: la ventana de la barra de ayudas (toolbar), la ventana principal (main
Windows) y la ventana de la barra de alarmas (alarm banner). Los botones de la
toolbar proveen acceso importante a gráficos, directorios y otras aplicaciones.
Los botones de la barra de alarmas tienen importantes funciones predefinidas.
Los botones son usados para notificar al operador las alarmas prioritarias, en este
caso nivel alto, nivel bajo de agua en el domo de la caldera. Lo que permite que el
operador tome acción inmediata en la pantalla de control.
Enlaces, propiedades dinámicas y parámetros de referencia
Los enlaces permiten mostrar en tiempo real datos del sistema en el delta v
opérate application en línea (mode run). Los enlaces utilizados son de datos y de
tendencias.
En modo de configuración, propiedades son parámetros de los objetos que se
usan de la barra de herramientas, menú de los comandos y cajas de dialogo.
Propiedades dinámicas son parámetros de los objetos que cambian en delta v
opérate en línea (mode run) basados en cambios en los valores de la base de
datos. Por ejemplo el indicador de nivel en la pantalla cambia de color si el valor
que envía el transmisor indica nivel alto, lo que hace que cambie la base de datos.
La forma de direccionar es la siguiente: node:tag.field
Donde tag es usualmente de la siguiente forma: modulo / function block /
parameter.
3.4.3.2 Sintonización de lazos de control
La sintonización de lazos de control de nivel de agua en el domo, presión de
vapor del domo y presión del hogar en la caldera, se realiza cuando la caldera
está ya en operación y se trata de obtener una respuesta de los bloques PID de
cada lazo, adecuada al comportamiento de la caldera cuando esta despachando
vapor, o sea cuando esta en plena operación.
Para esto se varían los parámetros reset, rate y gain de el bloque PID
correspondiente para que la respuesta sea la óptima y mantenga ia variable de
control en un valor cercano al set point de operación. Los parámetros reset, raíe y
gain corresponden a la constante integral, constante derivativa y ganancia de un
bloque PID. Al cambiar cada uno de estos parámetros varia la respuesta en el
bloque PID.
Al variar la ganancia (gain), el PID responde con pasos más grandes para
alcanzar la respuesta; si cambiamos reset (constante integral) se vuelve más
lenta la respuesta, mientras que si variamos rate (constante derivativa) alcanza
más rápido la respuesta, este último parámetro generalmente es siempre cero
debido a que responde a señales muy pequeñas y puede causar problemas con
el ruido. En la figura 3.28 observamos como se comporta la respuesta del PID.
._ OSCILACIONESRESET
DERIVATIVA: RAPIDEZ DE RESPUESTA
Figura 3.28: Respuesta del PID
4. RESULTADOS
4.1 RESULTADOS DE LOS LAZOS DE CONTROL
Una vez implementado el sistema Delta v, tanto el hardware como el software
para el control del nivel de agua en el domo, la presión de vapor del domo y la
presión de! hogar en la caldera, se presenta las pruebas realizadas y sus
resultados.
De las pruebas realizadas podemos concluir que los resultados de control son
satisfactorios, que se han cumplido con los objetivos planteados y lo que en última
instancia redunda en una mejora de la eficiencia de despacho de vapor en el
proceso. Por lo que la realización del presente trabajo está plenamente justificada.
Más aun cuando se trata de un trabajo de ingeniería; esto es, de una actividad
netamente profesional.
4.1.1 PRUEBAS EN TRANSMISORES
• Medidor de nivel de agua en el domo promag.
La prueba realizada en el medidor, fue una comparación con el indicador visual
que existe en la caldera y verificando el reglaje de nivel que se presentó en el
capítulo 1. Se obtuvieron los resultados de la tabla 4.1.
Indicador visual
Nivel alto + 50 mm
Nivel normal - 70 mm
Nivel bajo -180 mm
Porcentaje
Indicador visual
80%
56%
34%
Diferencial de
presión promag
15.7inH2O
10.5inH2O
6.5 inH2O
Corriente
promag
16.13 mA
12.58mA
9.57 mA
Porcentaje
promag
79%
52.5%
32.6%
Tabla 4.1 Medición de nivel de agua en el domo
Las medidas del reglaje de nivel son con respecto al eje central del domo. Como
vemos los resultados son bastante confiables, ya que el medidor promag dispone
90
también de un indicador visual y coincide con el otro indicador montado en la
caldera. Además el medidor promag viene de fábrica con un rango de calibración
de O a 20 inH2O que corresponde a la distancia de las tomas de señal en el domo
de la caldera.
• Transmisores de medición de flujo de agua y vapor
Para comprobar los valores de medición de los transmisores de flujo de vapor y
flujo de agua, tomamos datos cuando la caldera esta despachando valores
normales de flujo de vapor en operación que esta en el rango de 35 - 40 TN/H.
Los datos obtenidos se muestra en la tabla 4.2.
Descripción
Transmisor flujo
de vapor
Transmisor flujo
de agua
Flujo de
vapor
37.1TN/H
Flujo de
agua
40.1 TN/H
Presión
diferencial
44.37inH2O
51.84inH2O
Porcentaje
calibración
53%
57.2%
Corriente
medida
12.1 mA
13.2 mA
Porcentaje
medido
50.6%
56.2%
Tabla 4.2 Medición de flujo de agua y vapor
Como observamos son valores que están dentro del rango de calibración de los
transmisores calculados anteriormente en el numeral 3.2.7, rango que va del 0%
al 100%; y, las mediciones tienen porcentajes similares.
Con respecto a los transmisores Fisher-Rosemount de presión de vapor, presión
del hogar y presión de baja parrilla, vienen calibrados de fábrica con una garantía
de 5 años de confiabilidad del equipo, sin embargo al realizar la prueba de
comunicación con los instrumentos desde la computadora, se visualiza la señal
correcta.
4.1.2 LAZO DE CONTROL DE PRESIÓN DEL HOGAR
Analizando el histórico del lazo de control de presión del hogar correspondiente al
día 07/10/2001, desde las 22h15 hasta las 23h103 observamos los parámetros de
control presión del hogar, set point, apertura del damper inducido.
91
En el histórico del proceso dentro de este intervalo de tiempo, el lazo esta en
automático y solamente durante 5 minutos se trabaja en manual (22h53 hasta
22h58).
Cuando el control está en automático podemos darnos cuenta que la presión del
hogar se ubica en valores cercanos al set point (-1 DPa). Entonces cuando se
tiene valores de depresión menores al set point, el tiro empieza a cerrar; y,
cuando hay valores de presión mayores, el tiro empieza abrir, para de esta
manera mantener estable la presión del hogar. Por ejemplo ubiquémonos en el
pico más alto de la presión del hogar, para analizar el comportamiento de las
variables. Esto sucede a las 22h32:46.
Como vemos en el tiempo T1 (ver tabla 4.3) tenemos un valor alto de presión
(3.1415 Dpa) en el hogar con respecto al set point, con una apertura del damper
de 39.32%, en este momento el bloque P!D manda una señal para que el damper
empiece abrir y la presión disminuya. Al llegar al tiempo T2 la presión se
encuentra ya en -0,138 Dpa y la apertura del damper en 46.77%, esto nos indica
que el control esta trabajando correctamente. Tenemos que considerar el tiempo
de demora para que empiece actuar el damper.
Del histórico se concluye que cuando hay una tendencia a subir la presión, el
comportamiento del damper tiene una tendencia abrir; y, cuando baja la presión ,
el damper cierra, de esta forma mantenemos la presión del hogar controlada.
Set point
Presión del hogar
Apertura del damper
T1 = 10h32:46
-1 Dpa
3.1425 Dpa
39.32%
T2 = 10h33:58
-1 Dpa
-0,138 Dpa
46.77%
Tabla 4.3 Medición de variables
Analicemos ahora que sucede durante los 5 minutos que se esta trabajando en
manual la apertura del tiro.
92
El operador trata de mantener la presión del hogar en - 1 Dpa, cuando observa
en la pantalla que tiene una presión del hogar de - 3.346 Dpa, cerrando el tiro; de
igual forma cuando tiene una presión de 0.543 Dpa, abre el tiro, pero sus
respuestas son mucho más lentas que la variación de la variable lo que implica no
tener un buen control, además que el operador no considera dentro de su
operación el porcentaje de apertura del damper del aire primario que tiene en ese
momento la caldera, por lo que la presión del hogar se mantiene un tiempo más
largo en valores positivos o negativos, lo que causa que no haya una buena
combustión. A continuación presentamos el histórico correspondiente a este lazo
de control.
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94
4.1.3 LAZO DE CONTROL DE PRESIÓN DE VAPOR EN EL DOMO
La prueba realizada en el control de presión de vapor en el domo de la caldera,
corresponde al 08/10/2001 desde las 20h40 hasta las 21h40. Los primeros treinta
minutos trabajamos con el lazo de control en automático y los otros treinta
minutos con el lazo de control en manual.
Los resultados son los siguientes:
En el tiempo comprendido entre las 20h40 y 21h10, la presión en el domo se
mantiene entre 18.06 bares y 22.1 bares, tomando los dos puntos más alejados
del set point (extremos).
Se observa una presión bastante estable, debido a buenas condiciones de
molienda, esto provoca que la velocidad de los alimentadores se mantengan
estables. Por el contrario cuando hay tendencia a bajar la presión, los
alimentadores empiezan a subir la velocidad para alimentar más bagazo y tener
mayor combustión, logrando así recuperar la presión. De igual forma vemos
como la apertura del damper del aire primario se comporta en forma similar a la
velocidad de los alimentadores estableciéndose una proporción aire/bagazo
adecuada, es decir cuando los alimentadores elevan la velocidad, el aire primario
abre la compuerta, mientras que si hay una disminución de velocidad la
compuerta del damper del aire primario es cerrada, todo esto de acuerdo con la
curva de caracterización ingresada en sofware.
Los operadores tienen la opción de ingresar desde la computadora un parámetro
"Bias", por cada alimentador para regular la velocidad, esto para evitar que se
llenen los chimbuzos de bagazo y se atoren, ocasionando fallas en el conductor
de bagazo. También se tiene un control cuando llega bagazo húmedo a la
caldera, lo que causa que la caldera se llene y haya una caída brusca de presión.
Desde las 21h10 hasta las 21h40, trabajamos en manual. Como podemos
observar en el histórico, el operador casi mantiene siempre una velocidad
constante en los alimentadores, causando que la presión pase con un valor menor
95
al set point durante más tiempo que cuando estamos en automático, con riesgo
*"" de que la presión baje hasta 18 bares, obligando a realizar una parada de
molienda, hasta recuperar presión en calderas
Otra dificultad es la demora que tiene el operador en realizar los cambios en la
velocidad de los alimentadores, retardando la normalización de la presión. La
apertura del damper tiene una relación proporcional a la velocidad de los
alimentadores .
0 Debemos tomar en cuenta que el sistema no detecta que clase de bagazo esta
llegando a la caldera. Supongamos que llega bagazo con un porcentaje de
humedad superior al establecido para la caldera, la presión va a disminuir, ya que
la caldera no va a quemar bien, lo que ocasiona que los alimentadores aumenten
la velocidad, para recuperar la presión quemando más bagazo, empezando a
llenarse la caldera, ocasionando que haya una caída brusca de presión. Es aquí
donde el operador cambia el control a manual y reduce la velocidad de los
,§, alimentadores hasta que el bagazo mejore; y3 vuelva a controlar
automáticamente.
A continuación presentamos el histórico correspondiente al lazo de presión de
vapor en el domo de la caldera,
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97
4.1.4 LAZO DE CONTROL DEL NIVEL DE AGUA EN LA CALDERA
Analicemos el histórico correspondiente a! 08/10/2001, durante el lapso de una
hora, desde las 19h30 hasta las 20h30, cojamos un punto cualquiera.
En el tiempo T1 = 20h08:34 tenemos los siguientes datos:
Flujo de agua = 43.6 TN/H = 62%
Flujo de vapor = 27.9 TN/H = 39%
Nivel del domo = 56.2%.
Apertura de válvula de agua = 52.5%
Set point nivel ( porcentaje) = 55.6%
En este punto tenemos el nivel casi en estado normal, un flujo de vapor de trabajo
de la caldera adecuado; y, la apertura de la válvula lo necesario para ingresar una
cantidad de agua que mantenga el nivel . Observemos que la válvula de agua
tiende a cerrar debido a que el despacho de vapor baja y el nivel se mantiene con
tendencia a subir. Reemplazando estos valores en la ecuación de balance de
masas.
(SP) flujo de agua = G * flujo de vapor + K ( Out nivel - bias)
Supongamos una constante K < 1, un bias = 50, con una ganancia del 10%,
entonces reemplazando tenemos:
SP = 1.1*39 + 0.2(56.2 - 50) = 43 %, según esto el set point remoto en este
instante es del 43%, comparando con un flujo de agua del 62%, el PID da una
señal de salida del 52.5% para tener una tendencia a cerrar la válvula y poder
mantener el nivel.
Vemos también en el histórico que la válvula abre totalmente cuando el nivel esta
bajo y hay una demanda brusca de vapor, lo cual es normal que suceda, porque
mientras mas demanda de vapor hay, debe ingresar más agua para abastecer la
demanda y subir el nivel bajo, esto sucede en algunos puntos del histórico.
Controlar el nivel manejando manualmente la válvula de entrada de agua no es
conveniente, porque existe variaciones extremas en el nivel de agua en ei domo,
debido a la variación en la demanda de vapor, que depende si la molienda es
estable o tiene continuas paradas producidas por diferentes causas.
El control a un elemento se lo utiliza cuando la caldera esta despachando menos
de 20 TN/H de vapor, por ejemplo se da este caso cuando para la molienda y solo
se esta produciendo vapor para la fabrica. Este control no es adecuado cuando se
esta trabajando al 100%, porque no se tiene un control sobre el despacho de
vapor.
En el histórico que presentamos a continuación podemos observar estos detalles.
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4.2 MONITOREO DEL SISTEMA
Como indicamos anteriormente, monitorear las temperaturas ayuda a determinar
como esta trabajando la caldera; y, poder hacer cualquier corrección en caso de
que haya alguna anormalidad. En la tabla 4.4 presentamos los valores de
temperatura dados por el manual de fabricación de la caldera y ios valores
medidos.
Descripción
Temperatura de agua
antes de! economizador
Temperatura de agua
después del
economizador
Temperatura de humos
antes del economizador
Temperatura de humos
después del
economizador
Temperatura de vapor
Temperatura operación ( C)
105
173
346
224
340
Temperatura medida (
C)
90.3
154
336.41
216.15
321.26
Tabla 4.4 Monitoreo de temperaturas
Por lo tanto podemos concluir que la caldera tiene rangos de temperatura
aceptables y de acuerdo a lo especificado en el manual de construcción de la
caldera, las diferencias que existen son debido a pérdidas propias del sistema; y,
de la combustión de la caldera.
101
5. CONCLUSIONES
Al referirnos al control de nivel de agua en el domo, podemos concluir, que
mejoró notablemente, comparado con el sistema neumático anterior que
estaba trabajando. Analizando los históricos observamos que el nivel se
mantiene con variaciones pequeñas alrededor del set point, tiene una
tendencia a estabilizarse, no hay variaciones bruscas de nivel alto a bajo o
viceversa. Esto da seguridad de que no habrá arrastre de agua en el
despacho de vapor.
También se observa que hay una variación brusca del nivel debido a que la
carga varía en forma inesperada, por ejemplo una demanda alta de vapor,
origina que e! nivel suba hasta su valor máximo (nivel alto), siendo esto
medido por el transmisor, esta señal ingresa al controlador, el cual
inmediatamente activa la válvula de purga, logrando mantener el nivel sin
que suba demasiado hasta que se normalice. De igual forma cuando la
demanda de vapor es baja, existe una parada de molienda, el nivel baja,
por lo que el controlador envía la señal para que la válvula de entrada de
agua al domo habrá al 100%, ingresando de está forma un flujo superior de
agua para compensar el nivel bajo, es importante observar que el nivel no
se mantiene demasiado tiempo en un valor bajo, esto indica que la
apertura de la válvula se realiza con la velocidad necesaria para elevar el
nivel a su estado normal.
Con respecto al lazo de presión de vapor en el domo, se obtuvo una
mejora sustancial, produciendo una mejor combustión en la caldera, lo que
mantiene una presión estable, optimizando el despacho de vapor, esto
observamos en el registro de la variable, es decir el despacho de vapor no
tiene variaciones muy significativas sino que se mantiene dentro de un
rango aceptable. Además la respuesta de la velocidad de los alimentadores
de bagazo es la adecuada para alimentar la caldera y no llenarla de
bagazo.
102
Se concluye también, lo importante que es el establecer una curva de
caracterización, para establecer la relación aire/bagazo que permite
manejar la apertura del damper de aire primario (forzado) para tener una
mejor combustión.
Mantener una presión constante en el hogar no solo que ayuda a evacuar
los gases de la caldera, sino que también mejora la combustión, evitando
que el bagazo se amontone y cause caídas de presión en el domo de la
caldera, debido a que la caldera no quema bien.
Es importante tomar en cuenta la apertura en forma manual de las
compuertas para el aire de turbulencia y de distribución, para que no
ingrese demasiado aire a la caldera, lo que origina que el tiro (damper
inducido) por más que este abierto al 100%, no pueda desalojar los gases,
produciendo una presión alta en el hogar de la caldera, empieza a salir
humo negro por las compuertas. Por lo que el operador deberá tomar en
cuenta estas condiciones de trabajo de la caldera y realizar las
correcciones necesarias en la apertura de estas compuertas que son
manejadas manualmente.
Tanto el lazo de control de presión de vapor en el domo como el de presión
del hogar de la caldera, tienen una relación importante, para tener una
buena combustión. Ambos lazos manejan compuertas para sacar o
ingresar aire a la caldera, esto se debe tomar en cuenta para que la
cantidad de aire que entra a la caldera deberá ser aquella que ayude a una
combustión óptima y no cause que en el hogar se produzca una presión
alta o una depresión muy baja.
Es importante tener redundancia en equipos de control en áreas criticas de
las industrias, en nuestro caso en la caldera, porque brindan seguridad en
caso de que falle uno de los controladores o una de las estaciones de
trabajo, lo que evita que la caldera quede sin control.
103
La implementación de registros (históricos) de las variables de control en
los tres lazos, ayuda analizar el comportamiento de la caldera durante
algún tiempo, esto permite descubrir problemas que existen y por lo tanto
solucionarlos de la mejor manera para que no se vuelvan a repetir.
Se recomienda implementar el resto de seguridades en la caldera, que por
diferentes circunstancias no se pudieron dejar operativas, estas son: nivel
de agua bajo-bajo, contactos para encendido de los motores de los
dampers forzado e inducido, para optimizar de mejor forma la protección de
la caldera.
Otra recomendación es colocar un censor para medir la presión de entrada
de agua ai domo, para evitar problemas de falta de agua en la caldera. Es
decir, supongamos que el nivel de agua en el domo esta bajo, esto causa
que la válvula de entrada de agua este al 100% abierta, pero si la presión
de entrada de agua es menor que la presión en el domo, el agua no
ingresara. Para no tener esta clase de problemas se sugiere colocar el
censor.
104
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXO A
CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE ARMARIO DE CONTROL
ETIQUETAS DE EQUIPOS Y CONTACTOS UTILIZADOS EN EL CONTROL
BORNERA
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X10/13
X10/15
X10/29
X10/31
X10/37
X10/39
X10/41
X20/9
X20/1 1
X31/1
X31/4
X31/7
X31/10
X51/1
X51/4
ETIQUETA (TAG)
LSLL-02-120
LSL-02-121
LSH-02-122
MR-02-140
MR-02-141
MR-02-142
MR-02-143
MR-02-144
SDO-02-131
SDO-02-132
DPT-02-101
DPT-02-102
LT-02-123A
LT-02-123B
IY-02-110
IY-02-1 1 1
IY-02-112
IY-02-113
IY-02-114
PT-02-125
PT-02-128
PT-02-129
FCV-02-105
FCV-02-106
LCV-02-118
TT-02-134
TT-02-135
TT-02-136
TT-02-137
TT-02-138
DESCRIPCIÓN
Switch nivel bajo bajo
Switch de nivel bajo
Switch de nivel alto
Motor alimentador 1 encendido
Motor alimentador 2 encendido
Motor alimentador 3 encendido
Motor alimentador 4 encendido
Motor alimentador 5 encendido
Habilita encendido motor inducido
Válvula de purga
Transmisor de flujo de vapor
Transmisor de flujo de agua
Transmisor de nivel promag
Transmisor de nivel Foxboro
Alimentador de bagazo
Alimentador de bagazo
Alimentador de bagazo
Alimentador de bagazo
Alimentador de bagazo
Transmisor de presión de hogar
Transmisor de presión de vapor
Transmisor de presión baja parrilla
Tiro inducido
Aire primario (forzado)
Válvula de alimentación de agua
Transmisor de temperatura de vapor
Tx temp agua después economizador
Tx.temp agua antes economizador
Txtemp gases antes economizador
Tx temp gases después economiza
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ANEXO B
DATOS TÉCNICOS Y DE CALIBRACIÓN PARA LOS TRANSMISORES:
• TRANSMISOR DIFERENCIAL DE PRESIÓN FOXBORO MODELO IDP10
• MEDIDOR MAGNÉTICO DE NIVEL DE LIQUIDO (PROMAG)
• TRANSMISORES DE PRESIÓN (SMART MODELO 3051) FISHER-
ROSEMOUNT,
• CONTROLADOR DIGITAL DE VÁLVULA (DVC 5000F)
• TRANSMISOR DE TEMPERATURA 848T
WXBOROInstruction
MI020-4CDecember
I/A Seríes® Intelligent
Differential Pressure Transmitters
TMIDP10-D with Digital FoxCom
or 4 to 20 mA Output Signáis
and
IDP10-Tw¡th HART Communication Protocol
Installation, Calibration, Configuration, and Maintenance
Style A
«*.
SIEBE
A Siebe Group Company
MI 020-403 - December 1997l.lntroduction
Proof PressureProof pressures for various bolt opcions are:
Bolt Type
B7 (scandard)
17-4 ss (optional) r.
316 ss (opcional)
B7M (optional)
-ANSÍ/ISA S82.03-1988
Bar
690: • 690
442
- ;:"583
Psi
10070
10070
64408500
4xMWP
Bar
10001000
600
830
Psi
1450014500870012000
CAUTION: The transmitter may be nonfunctional after application oftheproofpressure.
Output Signal (— D Versión)4 to 20 mA de linear, 4_co 20 mA de square root, or digital; software selectable andremotely configurable from the hand-held terminal (HHT), personal computer con-figuracor (PClO), or I/A Series consolé. The 4 co 20 mA outputs are also locally con-figurable wich che pushbuctons on che optional display.
Output Signal (— T Versión)4 to 20 mA de linear or 4 co 20 mA de square rooc; software selectable. The outpuc isremocely configurable from che HART Communicator and locally configurable wichthe pushbuttons on the optional display.
Zero and Span AdjustmentsThe — D versión is adjustable from the HHT or PCI O wich a 4 to 20 mA or digitaloucpuc signa! and from che I/A Series consolé wich digical Communications (or 4 co20 mA when FBM 43 or 44 is used). The -T versión is adjustable from the HARTCommunicator. Borh versions are also adjuscable at che cransmitter using the optionaldisplay. An optional external self-contained moisture sealed pushbutton assemblyallows local resetting of zero without removine the housins; cover.D O O
Field Wiring ReversalAccidental reversal of field wiring will not damage che cransmicter, provided the cur-rent is limited to 1 A or less by active currenc limiting or loop resistance. Sustaínedcurrents of 1 A may damage the terminal block assembly but will not damage the elec-tronics module or sensor.
Mounting Position
The transmitter may be mounted in any orientation. It may be supported by the pro-cess piping. It may also be mounted direccly to a vertical or horizontal pipe or surfacemounted using an optional mounting bracket. The housing can be rotaced up to onefull turn co any desired position for access to adjuscmencs, display, or conduit connec-cions. See "Posicioning Housing" on page 15- The optional display can also be rotatedin the housing to any of four different positions at 90° increments. See "PositioningOptional Display" on page 15.
NOTE: Position effect zero shiftfor ali calibmted spans can be eliminated by read-justingzero output.
MI 020-403 - December 1997 1. Introducción
Power-up TimeLess than 2.0 seconds for output to teach the fitst valid measurement.
Electrical ConnectionsField wires enter through PG 13-5 or 1/2 NPT threaded entrances on either side ofthe electtoríics housing. Leads tetminate undet screw termináis and washets on the ter-minal block in the field terminal compattment. Unused conduit connection rnust beplugged with metal plug provided to maintain RH/EMI, environmencal, and explo-sionptoof ratings.
Process Connections :
IDP10 ttansmittets ate connected to the process vía a 1/4 NPT thread or any one of anumber of optional process connectots..-i^-*-L., •&--p&?¿tí&tím&f3**x*' *~ -
r I » / li "*• **ft^\l Híi,Supply Voltage ' - *^J \ *?&£ .Power supply must be ca'pable of providing 22 mA when the ttansmitter is configutedfor 4 to 20 mA output. Ripple of up to 2 V pp (50/60/100/120 Hz) is tolerable, butinstan taneous voltage must remain within specified tange. The ability to communicatewith the transmitter cante affected by the supply tipple.
The supply voltage and loop load must be within specified limics. This is explained indetail in "Wiring a Transmitter Having a 4 to 20 mA Output Signal" on page 19- Asummary of the mínimum requirements ate Usted in Table 2.
• Table 2. Mínimum Loop Load and Supply Voltage Requirements
Mínimum ResistanceMínimum Supply Voltage
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HHT/PC10Communication
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HARTCommunication
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17 V
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NoHHXPClO,orHART
011.5V
Electrical Ground ConnectionsThe ttansmitter is equipped with an internal ground connection within the field wir-ing compartment and an extetnal gtound connection at the base of the electronicshousing. To minimiie galvanic corrosión, place the wire lead or contact between thewasher and sems screw on the extetnal gtound connection,
Test PointsThe two lower banana plug receptacles (designated "CAL") can be used to checkttansmitter output when configured for 4 to 20 mA. Measurements should be100-500 mV de for 0-100% transmitter output. Refer to Figure 8.
Approximate MassWithout Process Connectors 3.5 kg (7.8 Ib)With Process Connectors 4.2 kg (9.2 Ib)With Optional Display Add 0.2 kg (0.44 Ib)
Process Wetted MaterialsDiaphtagm: 316L ss, Co-Ni-Cr, or Hastelloy CCovers and Process Connections: 316 ss, carbón steel, ot Hastelloy C
1. Introduction MI 020-403 -December/997
Remote CommunicationsThe —D transmitter communicates bidirectionally over the 2-wíre field wiring to anHHT Hand-Held Terminal (anywhere in a División 2 or nonhazardous área), or aPCIO Configurator (anywhere in a nonhazardous área) along the loop and/or to theI/A Series system. The —T transmitter does so to a HART Communicator. The infor-mation that can be continuously displayed is:
4 Process Measurement* Transmitter Temperature4 mA Output (if so configured)4 Transmitter Model and Serial Number (—D only)
The information that can be remotely displayed and reconfigured includes:
* Output in mA, Percent, or Engineering Units (EGU)4 Zero and Span, including reranging4 Zero Elevation or Suppression4 Linear or Square Root Output4 4 to 20 mA or Digital Output (—D only)4 Pressure or Plant EGU4 Temperature Sensor Failure Strategy4 Electronic Damping4 Failsafe Direction4 Tag Number and Tag Ñame, and Device Ñame (—D only)4 Tag, Description, and Message (—T only)4 Transmitter Location (—D only)4 Calibrators Initials (—D only)4 Date of Last Calibration
Communications FormatCommunication is based upon the FSK (Frequency Shift Keying) technique. Thetones are superimposed on the transmitter power/signal leads.
4 to 20 mA OutputThe transmitter sends its differential pressure measurement to the loop as a concinu-ous 4 to 20 mA de signal. This versión also communicates digitally with the HHTTerminal or PCIO Configurator at distances up to 1800 m (6000 ft); with che HARTCommunicator at distances up to 3000 m (10 000 ft). Communication between theremóte configurator and the transmitter does not disturb the 4 to 20 mA output sig-nal. Other specifications are:
-D: 600 Baud; -T: 1200 Baud
2 times/second max. for all measurements (—T)4 times/second max. for all measurements (—D)
4 times/second for pressure1 time/second for electronics temperature1 time/second for sensor temperature
Digital Output
The—D transmitter can be configured to send its differential pressure measurement tothe I/A Series system as a digital signal. Remote Communication between the transmic-
Data Transmission Rate:
Sean Frequency:(Communications Updates)
Measurement Updates:(Internal Recalculations):
h020-403 - December 1997 1. Introduction
cer and the HHT, PCl O, or any I/A Series System Consolé can be accommodated upto 600 m (2000 ft) away from the fieldbus module. Other specifications are:
Data Transmíssion Rate: 4800 BaudSean Frequency: 10 times/second for pressure and 1 time/second
for transmitter temperature
Product Safety
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DAJVGER: To prevent possible explosions and to maintain explosionproof, dust-ignition-proofprotection, observe applicable iviringpractices. Plug unused conduit opening withthe provided metal pipe plug, which engages a mínimum offivefidl threads,
WARNING: To maintain IECIP66 and NEMA Type 4Xprotection, the unusedconduit opening must beplugged. In addition, the threaded housing covers must beinstalled. Turn covers until 0-ring contacts housing; then continué to hand tightenas mitch as possible.
NOTE: These transmitters have been designed to meet the electñcal safety descriptionUsted in Table 3. For detailed information or status oftesting laboratory approvals/certifications, contact Fo^boro.
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3. Calibration and Configuration
NOTES:L For best results in applications where high accuracy is required, rezero the trans-mitter output once it has stabilized at the final operating temperature.
2. Zero shifts resultingfrom p o sitian effects and/or static pressure effects can be elimi-nated by rezeroing the transmitter output.
3. When checking the zero reading ofa transmitter operating in the square rootmode, return the output to the linear mode. This will elimínate an apparent insta-bility in the output signai Return the transmitter output to the square root modeafter the zero check is complete.
4. After calibrating transmitters operating with a 4 to 20 mA output signai, checkthe underrange and overrange output valúes to ensure that they extend beyond 4 and20 mA respectively.
Calibration SetupThe following seccions show setups for field or bench calibración. Use cest equipment that isat least three times as accurace as che desired accuracy of che cransmítter. Calibration is per-formed by simulating che process differencial pressure. This is done by applying a pressure,equal co che differencial pressure, to one side of the transmicter and then vencing che ocher sideof the transmitter.
NOTE: It is not necessary to set up calibration equipment to rerange the transmitterto a different span. The transmitter can be accurately reranged by simpty changingthe Lower Range Valué and the Upper Range Valué.
Field Calibration SetupField calibración is performed wichouc disconneccing the process piping. In order to do chis,you must have a bypass and shutoff valves between the process and che transmitter and one ofthe following:
£ Access to the process conneccions on the nonprocess side of che transmitcer or
\e opcional vent screw in the side of the process covers
¡ If the transmitter is to be removed from the process for calibration, refer to che "Bench Cali-[ bracíon Setup" procedure.
For field calibración, an adjuscable air supply and a pressure measuring device are required.For example, a dead weight tester or an adjustable clean air supply and pressure gauge can be
27
MI 020-403 - December 7997 3. Calibration and Configuraron
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used. The pressure source can be connected to the transmitter process connection with pipeñttings or it can be connected to the vent screw assembly using a calibration screw. The cali-bration screw has a Poiyflo fitting and can be used for pressures up to 700 kPa (100 psi). It isavailable from The Foxboro Company as Part Number F0101ES.
NOTE: For high differential calibrations above 700 kPa (100psi), calibration screwB0142NA can be used along with high pressure S w ágelo k fittings havinga ratingof21 MPa (3000psi).
To set up the equipment, refer to Figure 18 and use the following procedure.
1. Open the bypass and cióse the shutoff valves between the process and the transmit-ter.
2. Reléase pressure from the transmitter by gradually turning the vent screw on thehigh-pressure side of the transmitter.
WARNING: When venting pressure from the transmitter, wear suitable protectiveequipment to prevent possible injury from process material, temperature, or pressure.
CAUTION: With liquid service, drain both sides of transmitter to avo id calibrationerrors.
3- If a calibration screw is being used, remove the vent screw and replace it with thecalibration screw. Connect the pressure source to the calibration screw using6 x 1 mm or 0.250 inch tubing.If a calibration screw is not being used5 remove the entire vent screw assembly ordrain plug (as applicable) from the high pressure side of the transmitter. Connectcalibration tubing using a suitable thread sealant.
4. Glose the bypass valve opened in Step 1.
5. Complete the setup shown in Figure 18.
6. If calibrating the 4 to 20 mA output signa!, also connect equipment as shown inFigure 19.
MI 020-403 - December 7997 3. Calibratfon and Configuraron
BYPASS VALVHIGHPRESSURES1DE
SHUTOFF VALVESCALIBRATING'PRESSURESOURCE
BLEEDER VALVES(NEEDLETYPE)
Figure 20. Bencb Calibration Setup for 4 to 20 mA Output Calibration
Configurable ParametersTable 4 Uses all of the conflgurable paramecers and the factory default for the IDPl 0-D Trans-mitcer; Table 5 does so for che IDPlO-T Transmitcer. The factory default valúes have beencustomized if che cransmitter was ordered with optional feature -Cl or -C2. The cables alsoshow which paramecers are conflgurable with che integral vs. remote configuracors.
Table 4. IDP10-D Configurable Parameters
Parameter
DescriptoraTag NumberTag ÑameLocaciónDevíce Ñame
InpucCalibrated Range
OutputOutputMeasurement #1 Mode
Capability
,12 characters max14 characters max14 characters max6 characters max
LRV to URV in unitsusted in (a) below
4 to 20 mA/DígitaiLinear or type of sq. rt.
FactoryDefault
Tag NumberTag Ñame : ,LocaciónDevNam .-
See (b) belowwhen not speci-fiedper S.O.
4 co 20 mALinear •
Configurable with
Integ.Indíc.
., NoNoNoYes
Yes
YesYes
RemoteConfig.
Yes
Yes
YesYes
Yes
Yes
Yes
Application
Requirement
30
3. Calibraron and Configuration MI 020-403 -December 1997
Table4. IDP10-D Configurable Parameters (Continued)
Parameter
Measuremenc #1 Units
Measurement#l URV
Measuremenc#l LRV
Measuremenc #2 ModeMeasuremenc #2 Unics
Measuremenc #2 URV
Measurement #2 LRV
Swap
OcherDampingFailsafe (mA oucput only)
Temp Fail Mode
Externa! Zero
Capabiiiiy
Menú or commonpressure unics or cus-tom- unitsPrimaryURV
PrimaryLRV .
Linear pr type'of sq. rr.Menú of commonpressure units in (a)below or custom unítsSecondary URV
Secondary LRV
Exchange Meas. #1and #2 uníts.
0 to 32 secondsFail mode output -high or lowFail or continué iftemp faílure occursEnable or Disable
FactoryDefault
Unics oí Cali-fa raced Range
Same as Cali-brated RangeSame as Cali-braced RangeLinearUnics of Cali-fa race d Range
Same as Calí-brated RangeSame as Cali-braced RangeNo
NoneHigh
Continué
Enable
Confígurable with
Integ.
Indic.
Yes
Yes
Yes
YesYes
Yes
Yes
No
YesYes
No
Yes
RemoreConfig.
Yes
Yes
Yes
YesYes
Yes
Yes
Yes
YesYes
Yes
No
Application
Requirement
(a) psig, psia, inHg, fcí^O, ÍnH2O, atm, bar, mbar, MPa, Pa, kg/cm , g/cm , dy/cm , cmHg, mmHg, torr, cmH2O,mmH2O(b) Span Code B: O to 200 inH2O; Span Code C: O to 840 inH2O; Span Code D: O co 300 psi;Span Code D: O to 3000 psi.
31
MI 020-403 ~ December 1997 3. Calibratton and Configuraron..
Table 5. IDP10-T Configurable Parameters
Parameter
DescriptorsTag Number
Descriptor
Message
Inpuc
Calibraced Range
Oucput
Measurement#l Oucpuc
(PV)
Measuremenc #1 Mode
Measurement#l EGUs
Measuremenc #2 Mode(SV)
Measuremenc #2 EGUs
Failsafe
Extern al Zero
Darnping
PollAddress
Capability
8 characters max1 6 characcers max
32 characters max
LRY co URV in unitsusted ¡n (a) below
4 to 20 mA or FixedCurrenc. Specify Poli
Address (1-15) for FixedCurrenc.
Linear or type of squarerooc in (d) below
If linear, select from
unics Usted in (a) below;If Sq.Rt., selecc fromunícs Usted ín (c) below
Linear or type of squarerooc Ín (d) below
If linear, select from
unics Usted in (a) below;If Sq.Rt., select fromunits Usted in (c) below
High or Low
Enabled or Disabled
0 to 32 seconds.
0-15
FactoryJ^e/auh ^
-
Tag Number
Tag Ñame
Inst Locación
See (b) belowwhen not speci-fied per S.O.
4 to 20 mA
Linear
Unics of Cali-fa rated Range
Linear
Units of Cali-brated Range
High
Enabled
None
0
Configurable with
Integ.Indic.
No
NoNo
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
RemoteConfig.
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Applic.Req.
(a) psi> inHg, ftH2O3 inH2O, atm, bar, mbar, MPa, Pa, C.P.A., kg/cm , g/cm , mmHg, torr, mmH2O(b) Span Code B: O co 200 inH2O; Span Code C: o'roV8lÓTnH2d§r§p^fí)"(íe D; O to 300 psi;Span CodeD: O to 3000 psi. "~~^^£^^'-~'(c) gal/s, gal/m, gal/h, gal/d, Mgal/d, fi^/s, Fc3/mJ rVVh, fi?/d, Igal/s, Igal/m, Igal/h, Igal/d, l/s, l/m, 1/h, Ml/d, m3/s,
m3/m, m°/h, m3/d, bbl/s, bbl/m, bbl/h, bbl/d, %flow(d) Square root with cucoff below 1% of calibrated pressure range or wich linear below 4% of calibrated pressure range.
32
CLT-X25 LIQFID LEVEL TRANSMITTEROPERATION / TNSTRUCTION MANUAL
FM> APPROVED
NON-1NCENDIVEEXPLOSION-PROOFINTRINSICALLY SAFE
~ * f r * i <
: ' . ; S
&3$¿£&-~&£2<et***¿!3*~&l&£
íñ*5Cít **T- -Jr^^^^^^k^ ^^^r-'
v/?!*lB3fivf*i'rt •"
transmitter (Figure 5.5) amplifíer Al-C in conjunctionwith Pl is used to genérate a .8 VDC to 1.2 VDC referencevoltage which is applied across the CLT sensing element.Al-A and Al-B are the input buffers which read the outputof the sensing element. Amplifier Al-Djresistors R8>R115R93 RIO and potentiometer P2 are a differential/offsetstage to drive Ql which regulator the 4/20mA output cur-rent. VR-1 and D2 genérate the required regulated voltagelevéis for the transmitter circuitryj while D-l protects thetransmitter against accidental reverse connection.
SECTION 2 INSTALLATION
2.1 ELECTRICAL INSTALLATION
Wiring is done with 16 to 18 AWG conducto rs. Wiringfor power and signal is connected to termináis that areaccessible through a threaded wiring hub with the cover ofthe housing removed. The CLT connections are made to a3 position Terminal., and power connections are made to a 2p o sitio n terminal.
2.1-1 Wiring between the Primary SensingElement and PM-1000B Transmitter
There are three wires from the Primary SensingElement which connect to the 3 position terminal blockon the PM-1000B transmitter. The wire colors areWHITE, ORANGE, and BLACK. The WHITE wire goesto the T terminal, the ORANGE to the "2", and theBLACK, wire to the "3M terminal. These wires are normal-ly factory connected.
(See Fig 5.2)
2.1-2 Wiring for power (4-20 mA loop)
The current loop is connected to the two terminal con-nection block. Connect the positive loop lead to the"LOOP PWR +" terminal and the negative lead to the"LOOP PWR -" terminal.
2.1-3 Remote Transmitter Wiring
SituationSj such as ease of access to the transmitterarise where the PM-1000B Transmitter must bemounted separately from the Primary SensingElement. In this case a terminal housing is suppliedfitted to the CLT Sensing Element. Wiring lengthfrom this terminal housing to the PM-1000B Housingshould not exceed 30 feet if possible, and run in con-duit. Shielded wiring should be used. The braid orshield should be grounded at the Transmitter end only.
(See Fig 5.1 for wiring connections)
22 MECHANICAL INSTALLATION
The CLT-C25/PM-1000B mounts on the side of PM-26chamber with stainless steel clamps. The CLT is posi-tioned so there is at least 2" of CLT pipe abo ve and belowthe top and the bottom process connections.
The CLT-S25, and CLT-I25 are in the Tank (InternalTransmitters); and are normally installed in the vesselthrough a flanged connection, or nozzle at the top of theprocess vessel.
Care should be taken that a gasket is placed on the topof the nozzle flange before the CLT level transmitter isinserted into the tank and bolted.
SECTION 3 CALffiRATION
3.1 General
The PROMAG CLT-_25/1000 Continuous RemoteLevel transmitter will be calibrated with the system priorto shipment. If the PM-1000B is supplied with the calibra-tor, the transminer's calibration circuitry will also be fac-tory adjusted. Field adjustments are generally not neces-sary unless changes in the application (level or range) havebeen made.
1) With the CLT mounted on the PM-26 LiquidLevel Gauge, the float should be positioned in thePM-26 chamber such that the Indicator shows O %Level. This may be done by actual liquid in thechamber or by mechanical means if necessary. TheZERO Potentiometer on the PM-1000BTransmitter should be adjusted to read 4.00 mA onthe DMM.
(See Fig 5.2 for location of the SPAN and ZEROpotentio meters.)
2) The Float is then positioned to the point repre-senting 100 % of Liquid Level. The SPAN poten-tiometer on the PM-1000B Transmitter is thenadjusted for a DMM reading of 20.00 mA.
3) The above procedure should be repeated until nofurther interaction between the ZERO and SPANAdjustments occur
NOTE: With a factory installed calíbrate r, the transmittermay be re-calibrated without physical movementof the float. The Mode Jumpers Q13 and J2) shouldbe set to the "CAL" (Calíbrate) position. The Cal%DIP Switches 1-3 may be set to simúlate actualinputs to the transmitter and the "SPAN" and"ZERO" may be adjusted as in steps 1-3 above.(See Figure 5.2 for Switch/Jumper Location).
PAGE3
After re-calibration, the Mode jumpers Ql and J2)should be returned to the "OPER" (Opérate) posi-tion.
3.2 BENCH CALIBRATION
• 3.2-1 Recommended Equipment
A) AFloatB) A 3 1/2 digit Multimeter (DMM)C) A 15-30 VDC power supply
(24 VDC Recommended)
3.2-2 General Procedure
A) Use the power supply and the DMM to calíbratethe PM-1000B transmitter.
(See fíg 5.2 for wiring but substitute the DMM forthe "LOAD or LOCAL INDICATOR" shown inthe drawing.) Set the meter to read milliamps.
1) Place the test float alongside the CLT SensingElement with the center of the float's magnetassembly at the point representing 0% of theliquid level. Adjust the ZERO trirnmer on thetransmitter for 4.00 mA output (0%)
2) Slide the float alongside the CLT SensingElement to the point representing 100 % ofLiquid Level. Again the center of the float'smagnet assembly should be adjacent to thepoint on the CLT representing 100 % Level.Adjust the SPAN pot on the PM-1000Transmitter for an output of 20mA, or 100%.
3) Repeat steps 1 and 2 above, as some interac-tion of SPAN and ZERO pots on the PM-10QOB transmitter is normal.
4) Finally slide the float to the position on thePM-26 Liquid Level Gauge representing 50%Level . The output of the transmitter maythen be checked for an output of 12.00 mA or50 %.
THE CLT CALIBRATION CANNOT BE DONEON A METAL TABLE OR NEAR ANY FERROUSMATERIAL. DO NOT REMOVE THE CLT PC.BOARDS FROM IT'S HOUSING UNLESSREPAIRS ARE NECESSARY
3.3 CALCULATING THE MÁXIMUM RESIS-TANCE OF THE CLT AND RESISTANCESTEPS
3.3-1 For 1/2" resolution CLT units less than 10 feet
long the resistance changas 100 ohms for each1/2W. Therefore, to calcúlate the máximum resis-tance of the CLT, take it's length in inches andmultiply by 200. For Example, a 48 inch CLT willhave a resistance of 9600 ohms.
3.3-2 For CLT units more than 10 feet in length, theresistance changes 10 ohms for each 1/2 inch.Therefore to calcúlate the máximum resistance ofthe CLTJ take it's length. in inches and multiplyby20.
For Example, a 144 inch CLT will have a máxi-mum resistance of 2880 ohms.
Since 1/4 inch Resolution CLT's have 4 resistorsper inch, they will have a total resistance of 2times the above calcukted resistances for the samerespective length.
SECTION 4 TROUBLESHOOTING
4.1 Possible Problems
4.1-1 It is known that the level of the tank is changing,;but the transmitted output stays the same. j
i
A) POSSIBLE CAUSES ii
1) A failuie in the power supply.
2) A íailure in the transmitter. See schematic,and parts pkcement, Figures 5.5, and 5.6. ]
IF the transmitter is fitted with calibrator cix-cuitry, the problem can be isolated by settingthe "MODE" Jumpers to "CAL" instead of thenormal "OPER" setting. If the 0% - 4 mA, 50%- 12 mA, and 100% - 20 mA can be obtainedusing the Cal% Dip switch settings, the prob-lem is not in the transmitter or loop wiring,but has now been isokted to the PrimarySensing Element. !
If the Calibrare settings do not work, the ;problem may be still in the wiring or power ¡supply. ,
If the transmitter output will not increasebeyond a certain point with the Liquid Levelincreasingj the problem may be traced to lowpower supply voltage, a noisy power supply, ortoo much resistancej or load in the 4-20 mAloop.
3) A broten reed switch that has íailed in the
PAGE4
ProductManual
Model 3051 Smart PressureTransmitter FamilyMode! 3051 Smart Software Revisión 5.2.x
Rosemounl Inc.Measurement División8200 Market BoulevardCíianhassen, MN 55317 USATel 1-800-999-9307Telex 4310012Fax (612)949-7001
00809-0100-4001©Rosemount Inc. 1999h ttp://www.rosemoun t. com
Read this manual before working with the product. For personal and sysíem safety, andfor optimum product performance, rñake sure you thoroughly undersíand the contentsbefore installing, usina, or maíntaining this product.
'^•'S¿*Ü&Si?K&W'^¿-~;¿ : • _ . • - . .Withín the United States, Rosemount Inc. has two toll-free assistance numbers:
Customer Central '.Technical support, quoting, and order-related questions.
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North American Response CenterEquipment service needs.
1-800-654-7768 (24 hours—includes Canadá)
Outside of the United States, contact your local Rosemount representative.
ACAUTION
The producís described in this document are NOT designed for nuclear-qualifiedapplications. Using non-nuclear quálífíed producís in applicatlons that require nuclear-qualified hardware or producís may cause inaccurate readings.
For Information on Rosemount nuclear-qualified producís, contact your local RosemountSales Representativo.
Rosemount Model 3051 Smarí Pressure Transmitters may be protected by one ormore of the íollowing U.S.Patent Nos. 4,370,890; 4,466,290; 4,612,812; 4,791,352; 4,798,089; 4,818,994; 4,833,922; 4,866,435;4,926,340; 4,988,990; and 5,028,746. México Patentado No. 154,961. May dependen model. Other foreignpatents ¡ssued andpendlng. *Rosemount the Rosemount logotype, and SMART FAMILY are registered trademarks of Rosemount Inc.Coplanar ¡s a trademark of Rosemount Inc.Hastelloy C and Hastelloy C-276 are registered trademarks of Cabot Corp.Teflon ís a registered trademark of £/. du Pont de Nemours S Co,Monel is a registered trademark of International Nickel Co.Syltherm 800 and D.C; 200 are registered trademarks of Dow Corning Corporation.Neobee M-20 ís a registered trademark'of PVO International, Inc.HARTls a registered irademark of the HART Communícation Foundation.FOUNDATION fíeldbus is a registered trademark of the Fíeldbus Foundation.
COVER PHOTO: 305-305COVER
C /* F¡ sh e r-Rosemount satisfies all oblígations coming from legislationH to harmoniza product requirements in the European Union.
ROSEMOUNTFISHER-RDSEMOUNF ManagingThe Process Better:
..*£%-.'
SectionSpecifications andReference Data
PERFORMANCESPECIFICATIONS
Total Performance is based on combinad errors of reference accuracy, ambient temperature effect, andstatic pressure effect.
For detatled performance spedfícations, see page 5-2,
Model 3051C (Ranges 2-5), Model 3051T
Reference Accuracy±0.075% ofspan.
Total Performance±0.15% ofspan for ±50 °F (28 °C) temperature changes, up to 1000 psi(6,9 MPa) line pressure (CD only), from 1:1 to 5:1 rangedown.
Stability±0.125% of URL for 5 years for ±50 °F (28 °C) temperature changes,and up to 1000 psi (6,9 MPa) line pressure.
Dynamic PerformanceTotal Response Time (Td + Tc)100 ms
Model 3051 CD, Low/Draft Range (Ranges 0-1)
Reference Accuracy±0.10% ofspan.
Stability±0.20% of URL for 1 year.
Model 3051P—Reference Class
Reference Accuracy±0.05% ofspan.
Total Performance±0.10% ofspan for ±50 °F (28 °C) temperature changes, up to 1000 psi(6,9 MPa) line pressure, from 1:1 to 5:1 rangedown.
Stability±0.125% of URL for 5 years for ±50 °F (28 °C) temperature changes,and up to 1000 psi (6,9 MPa) line pressure.
Dynamic PerformanceTotal Response Time (Td + Tc)100 ms
5-1
m^wm^M^M^^^^:-.
Rosemount Model 3051 Transmitter for Flow, Level, and Pressure Measurement
Model 3051L—Liquid Level
Reference Accuracy±0.075% of span.
Model 3051H—High Process Temperatura
Reference Accuracy±0.075% of span,
Stability±0.1% of URL for 12 months for Ranges 2 and 3.±0.2% of URL for 12 months for Ranges 4 and 5.
DETAILEDPERFORMANCESPECIFICATIONS
Reference Accuracy
Zero-based spans, reference conditlons, sHtcone oil fíll, 316 SST isolafíng dlaphragms, 4-20 mA analogoutput, and digital trim valúes equal to the span setpoints.
Stated reference accuracy includes hysteresis, terminal-based linearity,setability, and repeatability.
3051CD Ranges 2-5 and 3051CG±0.075% of span.For spans less than 10:1, accuracy =
0.025 + 0.005\Span
%ofSpan
3051 CD Range 1±0.10% of span.For spans less than 15:1, accuracy =
±0.025 +L Span
of SpanH
3051 CD Range O±0.10%ofspan.For spans less than 2:1, accuracy =±0.05% of URL.
3051T/CA Ranges 1-5
±0.075% of span,For spans less than 10:1, accuracy =
SpanJo of Span
3051CA Range O
±0.075% of span.For spans less than 5:1, accuracy =
±[~0.02L
025 + i of Span
5-2
Specifications and Reference Data
Ambient TemperatureEffect per 50 °F (28 °C)
Static Pressure Effect per1000 ps¡ (6,9 MPa)
3051H/3051L
±0.075% of span. For spans less than 10:1, accuracy =
±o.025 of Span\SpanJ
3051 P
±0.05% of span.
3051CD/CG
±(0.0125% URL + 0.0625% span) from 1:1 to 5:1
±(0.025% URL + 0.125% span) from 5:1 to 100:1
Rangfb:"lfo§5% URL + 0.05% span)
Range 1: ±(0.1% URL + 0.25% span)
3051 P
±(0.006% URL + 0.03% span)
3051 H
±(0.025% URL + 0.125% span + 0.35 inH20)
For spans below 30:1 rangedown:
±(0.035% URL + 0.125% span -t- 0.35 inH20)
3051 L
See the Rosemount Instrument Toolkit ' orSOAP 2000 software.
3051Tand 3051CA
±(0.025% URL + 0.125% span) from 1:1 to 30:1
±(0.035% URL + 0.125% span) from 30:1 to 100:1
Range 0: ±(0.1% URL + 0.25% span)
Range 5: ±(0.1% URL -f 0.15% span)
ModelSOSIT Range 1:
±(0.025% URL + 0.125% span) from 1:1 to 10:1
±(0.05% URL + 0.125% span) from 10:1 to 100:1
Zero Error (can be calibrated out at une pressure)Zero line pressure effect per 1000 psi (6,9 MPa).
Zero Effect with Static Pressure Zero Effect with StaticModel Range < 2000 psi (13,7 MPa) Pressure > 2000 psi (13,7 MPa)
3051 CD
3051 PD
3051 HD
OÍD
1
2,3
4,5
2,3
2-5
±0.1 25% URL
±0.25% URL
±0.05% URL
±0.10% URL
±0.04% URL
±0.10% URL
N/A
N/A
[0.20 + 0.20 (Pressure - 2)]%
[0.1 0 + 0.1 0 (Pressure - 2)]%
N/A
[0.20 + 0.20 (Pressure - 2)]%
(1) Specífícation expressedin Percent/100 psi(0,69MPa) up to 750psi(5,17MPa).
5-3
Rosemount Model 3051 Transmitter for Flow, Level, and Pressure Measurement
Span Error
Span line pressure effect per 1000 psi (6,9 MPa).
Mounting Position Effects
Model Range Span Effect
3051 CD
3051 PD
3051 HD
00)
1
2,3
4,5<2»
2,3
2,3
4,5<2>
±0.15% of reading
±0.40% of reading
±0.1 0%of reading
±0.20% of reading
±0.1 0%of reading
±0.10% of reading
±0.20% of reading
(1) Specifícation expressed ¡n Percent/100 psi (0,69 MPa)up to 750 psi (5,17 MPa).
(2) Accuracy Usted ís after correction of systematic spaneffect. Refer to page 2-28 for Une pressurecompensaron procedure.
Dynamic PerformanceDead Time and Update Rate applies to all modelsand ranges, analog output only.
Dead Time (Td):45 milliseconds (nominal)
Update Rate:22 times per second
Total Response Time (Td + Tc):
3051C/P
100 milliseconds for ranges 2-5255 milliseconds for range 1
700 milliseconds for range O3051T
100 milliseconds for ranges 1-53051H/3051L
Consult factory
Pressu
20mA
9.89mA
4mA
Transmitter 4-20 mA Output vs. Time
e Released
1 T, -r
^ ! TM = Dead Time
\c = Time Constant
Response Time = Td+Tc
63.2% of Total\ Step Change
Time
Figure 5-1. Typical Smart Transmitíer Response Time
3051 C/PZero shifts up to ±1.25 inH2O (0,31 kPa), which can be calibrated out.No span effect.
3051HZero shifts up to ±5 inH2O (127 mmH2O)J which can be calibrated out.No span effect.
5-4
Specifications and Reference Data
Vibration Effect
Power Supply Effect
RFI Effects
Transient Protection(Option CodeTI)
3051LWith liquid level diaphragm in vertical plañe, zero shift of up to 1inH20(25)4minH20).With diaphragm in horizontal plañe, zero shift of up to 5 inH20(127 mmH20) plus extensión length on extended units. All zero shiftscan be cahbrated out. No span effect.
3051T/C AZero shifts up to 2.5 inH2O (63,5 mmH20)) \vhich can be calibrated out.No span effect.
All ModelsMeasurement effect due to vibrations is negligible except at resonance
guencies. JVhen at resonance frequencies, vibration effect is less than±0.1% of URL per g when tested between 15 and 2000 Hz in any axisrelative to pipe-mounted process conditions.
All ModelsLess than ±0.005% of calibrated span per volt.
All Models±0.1% of span from 20 to 1000 MHz and for field strenth up to 30 V/m.
All Models
Meets IEEE Standard 587, Category B1 kV crest (10 x 1000 microseconds)3 kV crest (8 x 20 microseconds)6 kV crest (1,2 x 50 microseconds)
Meets IEEE Standard 472,Surge Withstand Capability
SWC 2,5 kV crest, 1 MHz wave form
General Specifications:Response Time:Peak Surge Current:Peak Tranisent Voltage:Loop Impedance:Applícable Standards:
< 1 nanosecond5000 amps to housing100 V de< 25 ohmsIEC 801-4, IEC 801-5
NOTE:Calibrations at 68 °F (20 °C) per ASME Z210.1 (ANSÍ).
5-5
Transmitter Functions
CALIBRAT1ON Galibrating a smart transmitter is different from calibrating an analogtransmitter. The one-step calibration process of an analog transmitteris done in three steps with a smart transmitter:
• Rerange—sets the 4 and 20 mA points at the desired pressures;
• Sensor Trim—Adjusts the position of the factory characterizationcurve to optimize the transmitter performance over a specifiedpressure range or to adjust for mounting effects
• Analog Output Trim—Adjusts the analog output to match theplant standard or the control loop.
Smart transmitters opérate differently than analog transmitters. Asmart transmitter uses a microprocessor that contains informationabout the sensor's specific characteristics in response to pressure andtemperature inputs. A smart transmitter compensates for these sensorvariations. The process of generating the sensor performance profile iscalled factory characterization. Factory characterization also providesthe ability to readjust the 4 and 20 mA points without applyingpressure to the transmitter.
The trim and rerange functions also differ. Reranging sets thetransmitter analog output to the selected upper and lower range pointsand can be done with or without an applied pressure. Reranging doesnot change the factory characterization curve stored in themicroprocessor. Sensor trimniing requires an accurate pressure inputand adds additional compensation that adjusts the position of thefactory characterization curve to optimize transmitter performanceover a speciñc pressure range.
NOTESensor trimming adjusts the position of the factory characterizationcurve. It is possible to degrade the performance of the transmitter if thesensor trim is done improperly or with inaccurate equipment. Contactyour local Rosemount representative or cali Rosemount CustomerCentral at 800-999-9307 if you have questions.
2-19
/v.-^M^^WÍÍ^^S^^W.,' , • :;--¿--<;¿ í' ^»M^W^4^¿^¿£^¿¿¿¿£¿£3^^ &
Rosemount Model 3051 Smart Pressure Transmitters
TABLE 2-4. RecommendedCaííbraííon Tasks.
~Transmitter
3051CD3051CG3051L3051HD3051HG
3051CA3051TA3051TG
Bench Calibration Tasks
1. Set output configuraron parameters;a. Set the range points.b. Set the outpui units.c. Seí the outpui type.d. Set the damping valué.
2. Optional: Períorm a fuli sensor trim. {Accuratemultimeíer required.)
3.Optional: Períorm an analog output trim.(Accuraíe multimeter required.)
3.
Set output coníiguration parameters:a. Set the range points.b. Set the output units.c. Set the ouíput type.d. Set the damping valué.
Optional: Períorm a full sensor trim if equipmentavailable (accurate absoluíe pressure source required),otherwise perform the low trim valué section of the fullsensor trim procedure.
Optional: Períorm an analog output trim (mulíimeterrequired).
Field Caübration Tasks
1. Reconfigure parameters ¡f necessary.
2, Zero trim the transmitter to compénsate for mountingeffects or static pressure effects.
1. Reconfigure parameters jf necessary.
2. Perform low trim valué section oí the full sensor trimprocedure to correct for mounting position efíecís.
Notes:
A HART communicator is requíred for a!I sensor and output trim procedures.
Model 3051C Range 4 and Range 5 transmltters require a specia! caübration procedure when used in differentia! pressure applicationsunder high static Une pressure (see "Compensating Model 3051 Range 4 and 5 Differential Transmitters for Une Pressure" onpage 2-28).
Model 3051TG Range 5 transmltters use an absolute sensor that requires an accurate absolute pressure source to períorm theoptional full sensor trim.
Calibration Overview Complete caübration of the Model 3051 Pressure Transmitter involvesthe íbllowing tasks:
Configure the Analog Output Parameters
• Set Process Variable Units (page 2-13)
• Set Output Type (page 2-13)
• Rerange (page 2-14)
• Set Damping (page 2-17)
Calíbrate the Sensor
• Full Trim (page 2-25)
• Zero Trim (page 2-25)
Calíbrate the 4-20 mA Output
• 4-20 mA Output Trim (page 2-27) or
• 4-20 mA Output Trim Using Other Scale (page 2-27) or
• Low-Power 1-5 V de or Low-Power 0.8-3.2 V de (page 2-27)
2-20
2-21
;-j#.Sí %*¿•" '' T- -ío" ' "
DVCSOOOf Series
Cutaway View of FIELDVUE^ Type DVC5010f Digital Valve Controller Showing Master Module Assembly
DVCSOOOf Series
General InformationFieldbus is an all digital, serial, two-waycommunication protocol that interconnects devicessuch as valve controllers, transmitters, discretedevices, and controllers. It is a local-area network(LAN) for Instruments that enables basic control andI/O to be moved to the field devices. The DVCSOOOfSeries digital valve controllers use the FOUNDATIONfíeldbus technology developed and supported byFisher-Rosemount and the other members of theindependent Fieldbus Foundation.
AddressingTo be able to setup and calíbrate a device and have it
• communicate with other devices on the fieldbus, adevice must be assigned a permanent address.Unless requested otherwise, when the digital valvecontroller ships from the factory it is assigned anunínitialized address.
If there are two or more devices with the sameaddress, the first device to start up will use theassigned address, for example 20. Each of the otherdevices will be given one of the four availabletemporary addresses. If a temporary address is notavailable, the device will be unavailable until atemporary address becomes available.
Use the host system to commission a device andassign it a permanent address. For information onusing the host system for device commissioning andassigning addresses, see the appropriate systemdocumentation.
Block ModeSetíing up and calibrating a digital valve controllerrequires modifying parameters in the transducer block.All blocks have a mode parameter, which determinesthe source of the set point, the destination of theoutput, and how the block executes. The ability tomodify a block parameier is determined by the mode.For more information about block modes, see section4.
The Setup Wizard modifies transducer blockparameters to setup the instrument. The Setup Wizard(method ñame Setup_Wizard) is included with thedevice description (DD) software.
NoteThe AO block mode must be Out ofService for the Setup Wizard to opér-ate properly.
CAUTIONThe AO block mode can be set to Outof Service by setting the Resourceblock mode to Out of Service. Howev-er, setting the Resource block to Out
f o f Service also sets all function blockswithin the device to Out of Service, in-cluding the PID block. If the PID blockis used to control another loop, besure some other means are providedto control the loop before taking theblock Out of Service.
Before starting the Setup Wizard, the AO block shouldbe Out of Service. If the AO block is not out of service,the AO block may interfere with calibration andstabilize/optimize. This ¡nterference could causeerratic or ¡ncorrect results. If the AO block is not Out ofService, the Setup Wizard provides you an opportunityto abort and set the AO block out of service.
NoteThe instrument output will not trackthe input while the AO block is Out ofService.
Initial Setup
CAUTIONChanges to the instrument setup maycause the valve to move.
1. Start the Setup Wizard. For information on startingthe Setup Wizard from a DeltaV host system, seeAppendix G. For information on running methods fromother host systems, see the system documentaíion.
2. The Setup Wizard first checks to see if thetransducer block is Out-of-Service. If not, the SetupWizard warns you that the íransducer block will beplaced out of service and of the possible results ofdoing so. Select Yes to continué or selecí No to abortthe Setup Wizard. : . .
3-2 September 2000
*>
*
Initial Setup and CalibrationTable 3-7. Actuator Information for Initial Setup
ActuatorManufacturar
FisherControls
Báumann
Gulde
Masoneilan
Neles-Jamesbury
Actuator Model
513or513R
585Cor585CR
657 or 667
125QOM250R
System 9000
1051 OM052
1051 or1052
1066SR
All
3024
3025
Camflex II
Sigma F,Minítorque, and
Ball II?,
Quadra-Powenll
Actuator Size
20 and 32
2550
3034,4045,50
225450675
12,2025,50
80
20, 30, 3340
20, 30, 3340
2027,75
-' 325470
GA1.21GA1.31GA1.41
P460, P462, P900
4.56or7
ABC
QP2.QP3QP4QP5
Valué forActuator Size
Parameter
Small
SmallMédium
MédiumMédiumLarge
MédiumMédiumLargeSmallSmall '
MédiumMédiumMédiumMédiumMédium
SmallLarge
SmallMédiumMédiumSmall
MédiummédiumLarge
SmallMédiumSmall
MédiumMédiumMédiumMédiumMédium
StartingTuning set
E
FJ
HKLHJLDGKHK
HKGL
Expertí1)H1
Expert(2)HKM
DH
DHKHJK
InstrumentModel
DVC5010I
DVC5040f
DVC5020Í
DVC5030Í
DVCSOlOf
DVC5030Í
Travel Sensor Motion
513 — Clockwise51 3R — Counterclockwise
585C— Clockwise5 85CR— Counterclockwise
657 — Clockwise667 — Counterclockwise
1250 — Clockwise1250R — Counterclockwise
fail-closed — Counterclockwisefaíl-open — Clockwise
1051 — Clockwise1052— Clockwise
See iable 3-2
Air to Extend — ClockwiseAir to Retract — Counterclockwise
Air opens — CounterclockwiseAir closes — Clockwise
See description for Travel Sensor Motionparameter.
1. For Báumann size 32 acluaton High Performance Gatn=1.9, High Performance Trave! Rate=11, Hlgh Performance Pressure Rate=70, Standard Galn=0,6,Standard Travel Rate=132. For Gulde Type 3024 slze 1.2.1: High Performance Gain=3.0, High Performance Travel Rate=13, High Performance Pressure Rate=70, Standard Galn=1.0,Standard Travel Ráte=1 3
\* ti
Table 3-2. DVC5Q30.Travel Sensor Motion Selections,- ( Type 105^-1052, and 1066SR Actuators
•Mqúntin'g StyleO) ""
. • A ' *
B
C
D
Travel Sensor Motion
Clockwise
Counterclockwise
Counterclockwise
Clockwise1. Reler to actuator Instructíon manual [or description of mounting styles.
3. The Setup Wizard next initializes th'éjnstr.ument. _,<Once initialization is complete, youáre^rpmpted for*setup information. Table 3-1 prpvide's the actuatorinformation required to setup.and.calíbrate'^inctri imont _ * i .. • '• .-v ' ,-• "S. _ _instrument..
• Actuator Sizeto table 3-1.
Jze..;{srnáÍi; rríedium.^or-large^—Refer
• On Loss of Instrument Power or Air, Valve(opens or closes)—This identifies whether the valve isfully open or fully closed when instrument air or poweris removed. If you are unsure how to set thisparameter, disconnect the power to the instrumentand note the actuator response. If the actuator closesthe valve, select closes. If the actuator opens thevalve, select opens.
• Feedback Connection (Rotary - All types,Sliding Stem - Standard Feedback, Sliding Stem -Roller Feedback)—For rotary valves, select Rotary -All types. For sliding-stem valves, if the feedbacklinkage consists of a connector arm, adjustment armand feedback arm (similar to that shown in figure 3-1),select Sliding Stem - Standard Feedback. if thefeedback linkage consists of a roller that follows a cam(sjmilar to that shown in figure 3-2), select SlidingStem - Roller Feedback.
September2000.- 3-3
DVCSOOOf SeriesTRAVELSENSORSHAFT "
ÍEONNECTOR
FEEDBACK ARM
AD JUSTMENT ARM
CONNECTORARM
Figure 3-1. Sltdíng Stem - Standard Feedback Connection
Figure 3-2. Slíding Stem - Roller Feedback Connection
KH WARNING
If you answer YES to the prompt forpermission to move the valve, the in-strument will move the valve througha significant portion of its travelrange. To avoid personal injury andproperty damage caused by the re-léase of pressure or process fluid pro-vide some temporary means of con-trol for the process.
• Travel Sensor Motion (increasing air pressurecauses the travel sensor shaft to rotate clockwise orcounterclockwise)—The Setup Wizard asks if it can
move the valve to determine travel sensor motion. Ifyou answer Yes, the ¡nstrument will stroke the valvethe full travel span to determine travel sensor motion.If you answer No, then you must specify the rotationfor increasing air pressure: clockwise or counter-clockwise. Determine rotation by viewing the end ofthe travel sensor shaft, as shown in figure 3-1, or referto table 3-1. If increasing air pressure to the actuatorcauses the shaft to turn clockwise, select clockwise. if¡t causes the shaft to turn counterclockwise, selectcounterclockwise.
CAUTION
Changes to the tuning can result invalve/actuator instabilíty.
• Tuning Set—There are eleven tuning sets tochoose from. Each tuning set provides preselectedvalúes for the digital valve controller gain and ratesetíings. Typically, tuning set C provides the slowestresponse and M provides the fastest response. Forinformation on selecting a tuning set, refer to table 3-1or select Help on the Setup Wizard display. To enterthe valúes for the high performance and standardtuning parameters, select Expert.
4. The Setup Wizard next asks if you want to usedefaults for Travel Cutoff high, Travel Cutoff Low, andInput Characterization. If you select Yes, theseparameters are changed to the default valúes. If youselect No, they are left at their previous valúes. Forparameter details, see the "Detailed Setup" section.
During calibration the valve will movefull stroke. To avoid personal injuryand property damage caused by thereléase of pressure or process fluid,provide some temporary means ofcontrol for the process.
5. At this point, instrumení setup is complete. You areasked if you would like to calíbrate the valve. SelectYes and follow the prompts ío automatically calíbratethe valve travel. The calibration procedure uses thevalve and actuator stops as the 0% and 100%calibration points. For additional information, refer toAuto Calíbrate Travel in this section.
If you select No, the Setup Wizard asks if you wouldlike to run the Stabilize/Optimize method. If the valvecycles or overshoots, or is unresponsive, select Yes torun the Stabilize/Optimize method and improveoperation. For additional information, refer to
3-4 September 2000
gpg%%&ff¿&%^^
DVCSOOOf Series
Stabilizing or Optimizing ValveResponseIf after completing initial setup and auto calibration thevalve cycles or overshoots, or is unresponsive, youcan improve operation running the Stabilize/Optimizemethod. The Stabilize/Optimize (method ñameStabilizeJDptimize) is included with the devicedescription (DD) software. For information on usingmethods on the host system, see the host systemdocumentaron.
Before starting Stabilize/Optimize, the AO blockshould be Out of Service, if the AO block is not out ofservice, you will not be able to check responsebecause the method will not be able to adjust thetransducer block set point. If the AO block is not Outof Service, Stabilize/Optimize provides you anopportunity to abort and set the AO block out ofservice.
NoteThe instrument output will not trackthe input while the AO block is Out ofService.
1. Start the Stabilize/Optimize method. Forinformation on starting the Stabilize/Optimize methodfrom a DeltaV host system, see Appendix G. Forinformation on running methods from other hostsystems, see the system documentation.
2. Move the valve open or closed either 10% or 20%to check response. If valve operation is unsatisfactory,select Change Response then perform one or theother of the following:
To Stabilize Valve Operation:
• Select Standard Decrease to select the nextlower tuning set (e.g., F to E). If the current tuning setis C, Stabilize/Optimize asks if the tuning set shouldbe changed to Expert to allow you to adjust the gainbelow the tuning set valué.
• Select Small Decrease to decrease the HighPerformance Gain by 10% from the current valué.Stabilize/Optimize recalculates the other tuningparameters based on this gain valué.
To Improve Valve Response:
• Select Standard Increase to select the nexthigher tuning set (e.g., F to G). If the current tuningset ís M, Stabilize/Optimize asks if the tuning setshould be changed to Expert to allow you to adjust thegain above the tuning set valué.
• Select Small Increase to increase the HighPerformance Gain by 10% from the current valué.Stabijize/Optimize" recalculates the other tuningparameters based on this gain valué.
3. When you have finished changing the response,select Done with Change Response to once agairímove the valve and check response.
4. When valve operation is satisfactory, select ExitStabilize/Optimize to exitthe method. Before exiting,the method asks if you want to return the transducerblock mode to Auto, if the transducer block was in theOut-of-Service mode before the method started.Select Yes to change the transducer block mode toAuto. Select No to leave the transducer block in itscurrent mode. Rememberto restore the AnalogOutput (AO) block mode if you changed ¡t to Out ofService before starting the Stabilize/Optimize methodor if you entered this method from the Setup Wizard.
3-6 September 2000
00809-0100-4697English
Rev.AA
Mode! 848T Eight Input^mperature Transmitter
with FOUNDATION™ FieldbusDevice Revisión 04
ROSEMOUNT EMERSON,Process Management
AppendixReference Data
SpecificationsDimensional DrawingsOrdering Information .
page A-1
page A-8page A-13
SPECIFICATIONS
Functional InputsEight independently confígurable channels including combinations of2- and 3-wire RTDs, thermocouples, mV, and Q inputs. Sensortermináis are rated to 42.4 VDC.
OutputsManchester-encoded digital signal that conforms to IEC 1158-2 andISA 50.02.
StatusIf self-diagnostics detect a sensor burnout or a transmittcr failure, thestatus of the measurement will be updated accordinply.
AmbientTemperature Limits-40 to 185 °F (-40 to 85 °C)
IsolationInput/output isolation tested to 500 VAC rms (707 VDC).Isolation between sensor pairs is tested to 500 VAC rms (707 VDC).Rosemount Inc. does not recommend the use of two independentlygrounded thermocouples within a sensor pair.
Power SupplyPowered over FOUNDATION fieldbus with standard fieldbus powersupplies. The transmitter operates between 9.0 and 32.0 V de, 22 mAmáximum. (Transmitter power termináis are rated to 42.4 V de.)
A-1
Rosemount Model 848T Eight Input Temperature Transmitter with FOUNDATION Fieldbus
Transient ProtectionThe transient protector (option code TI) helps to prevent damage to thetransmitter from transients induced on the loop wiring by lightening,welding, heavy eléctrica! equipment, or switch gears. This option isinstalled at the factory for the Model 848T and is not intended for fieldinstallation.ASME B 16.5 (ANSD/EBEE 062.41-1991(IEEE 587), Location Categories A2, B3.1 kV peak (10 x 1000 uS Wave)6 kV / 3 kA peak (1.2 x 50 (iS Wave 8 x 20 ^S Gombination Wave)6 kV / 0.5 kA peak (100 kHz Ring Wave)4 kV peak EFT (5 x 50 nS Electrical Fast Transient)
Update TimeApproximately 1.5 seconds to read all eight sensors
Humidity Limits0-100% non-condensing relative humidity
AlarmsThe AI and ISEL blocks allow the user to configure the alarms toHI-HI, HI, LO, or LO-LO with a variety of priority levéis and hysteresissettings.
Turn-on TimePerformance vñthin specifications is achieved less than 50.0 secondsafter power is applied to the transmitter.
Backup Link Active Scheduler (LAS)The transmitter is classified as a link master device, which means itcan function as a Link Active Scheduler (LAS) if the primary linkmaster device fails or is removed from the segment.The host or other configuration tool is used to download the schedulefor the application to the link master device. In the absence of aprimary link master, the transmitter will claim the LAS and providecontrol for the Hl segment.
FOUNDATION fieldbus Analog Input (Al)• Processes the measurement and makes it available on thefieldbus segment.
• Allows filtering, alarming, and engineering unit changes.
Input Selector (ISEL)• Used to select between inputs and genérate an output using specific
selection strategies such as minimum, máximum, midpoint, oraverage temperature.
• Since the temperature valué always contains the measurementstatus, this hlock allows the selection to be restricted to the first"good" measurement.
A-2
Múltiple Al Block (MAI)• The MAI block allows the eight AI blocks to be multiplexed together
so they serve as one function block on the Hl segment, resulting inreduced message traffic.
Instantiable Function Blocks• All the function blocks used by the transmitter are instantiable,
meaning that there is no specified limit to the number of functionblocks that can be in use at any given time,
• The only limitation to the number of blocks in use is the amount ofphysical memory available to the transmitter. As a result, thefunction blocks can be configured so that only necessary blocks usetransmitter memory.
Scheduled Enfries:
25 30
virtual CommunicationsRelationships (VCRs)(2)
20
(1) A Hnkis ihe lógica! médium bywhich H1 Fieldbus devices are interconnected. All of the deviceson a línk share a common schedule.
(2) VCFís are configured channels ihatprovide for ihe transfer of data between appücations.
Table A-1. Standard Block Information
Base Index
1400<1)
1500Í1)
1600^
1700<1>
1900W200QÍ11
2100.™
220Q(1)
2400<2)
26QO(2)
2800^
3000<2>
3100(2)
3300t2)
3400Í2)
3600<2>
Exeeution Time (milliseconds)
Resource BiockMeasurement Transducer (MTB)Sensor Transducer 1 (STB)Sensor Transducer 2 (STB)Sensor Transducer 3 (STB)
Sensor Transducer 4 (STB)Sensor Transducer 5 (STB)Sensor Transducer 6 (STB)Sensor Transducer 7 (STB)Sensor Transducer 8 (STB)Differential Transducer 1 (DTB)Differential Transducer 2 (DTB)Differential Transducer 3 (DTB)Differential Transducer 4 (DTB)Analog Inpuí 1 (Al)Anaiog Input 2 (Al)
Analog Input 3 (Al)Anaiog Inpuí 4 (Al)Analog Input 5 (Al)Analog Input 6 (Al)Analog Input7 (Al)Analog Input 8 (Al)Múltiple Analog Input (MAI)Input Selector 1 (ISEL)Inpuí Selector 2 (ISEL)Input Selector 3 (ISEL)Input Selector 4 (ISEL)
(1) Cannot be changad(2) Can be changed-base índex configumiion from the faciory.
30303030303030305032323232
A-3
Rosemount Model 848T Eight Input Temperature Transmitter with FOUNDATION Fieldbus
Ambient Temperature Effect
Transmitters may be installed in locations where the ambienttemperature is between -40 and 85 °C (-40 and 185 °F).
Table A-3. Ambient TemperatureEffects
NISTType
RTD
Pt 100 (a = 0.00385)
Pt100(a = 0.003916)
Pt 500, Pt 1000, Ni 120
Pt200
Cu 10
Accuraey per 1.0 °C (1.8 °F) Change in AmbientTemperatura*1'
• 0.003 °C (0.0054 °F)
• 0.003 DC (0.0054 °F)
• 0.003 °C (0.0054 °F)
• 0.004 °C (0.0072 °F)
• 0.03 °C (0.054 °F)
Thermocouple (R = the valué of the reading)Type B
Type E
Type J, DIN Type L
TypeK
Type N
Type R, Type S
TypeT, DIN Type U
Mülivolt2- and 3-wire Ohm
- 0.014 °C• 0.032 °C - (0.0025% of (R - 300))• 0.054 °C - (0.01 1 % of (R - 1 00))
• 0.005 "C-t- (0.00043% ofR)
• 0.0054 °C + (0.00029% of R)• 0.0054 °C 4- (0.0025% of !R[)
• 0.0061 DC + (0.00054% of R)• 0.0061 °C 4- (0.0025% of IR!)
- 0.0068 °C + (0.00036% of R)
* 0.01 6 °C• 0.023 °C - (0.0036% of R)
• 0.0064 °C* 0.0064 °C - (0.0043% of IR!)
0.0005 mV0.0084 ohms
'Temperatura Range (°C) ^H
NA
NA
NA
NA
NA
NA
• Ra 1000• 300 < R <- 100£ R <
- AII
- R S O• R<0
- R>0- R < 0
• AII
• R>200- R<200
• R > 0- R<0
NA
NA
1000300
(1) Change in ambient ¡s in reference to the calibration temperature of the transmitter (20 'C (68 °F) typical from the facíory).
Ambient Temperature Examples:
When using a PtlOO (a = 0.00385) sensor input and the transmitter isat 30 °C ambient temperature, temperature effects would be:0.003 °C x (30 - 20) = 0.03 °C.Worst case error would be:Sensor Accuraey + Temperature Effects = 0.30 °C + 0.03 = 0.33°C.Total Probably Error =
.03? = 0.30°C
A-6
AppendixModel 848T BlockConfiguration
MODEL 848T^ RESOURCE BLOCK
Model 848T Resource Block page D-1Model 848T Transducer Blocks . page D-6Model 848T Measurement Transducer Block (MTB) . . . . page D-8Model 848t Sensor Transducer Block (STB) . page D-11Model 848T Differentiat Transducer Block (DTB) page D-15
The resource block defines the physical resources of the deviceincluding type of measurementj memory, etc. The resource block alsodefines runctionality, such as shed times, that is common acrossmúltiple blocks. The block has no liakable inputs or outputs and itperforms memory-level diagnostics.
TableD-1. Model 848T ResourceBlock Parameters
IndexNumber
01
02
°3
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
Parameter-
ST_REV
TAG_DESC
STRATEGY
ALERT_KEY
MODE BLK
Bi_OCK_ERR
RS_STATE
TEST_RW
DD_RESOURCE
MANUFACJD
DEVJTYPE
DEV_REV
DD_REV
GRANTDENY
Description
The revisión level of the static data associated with the function bloc* Tne revisión vaiue willbe incremented each time a static parameter vaiue in the block is cnanged.
The user description of íhe ¡ntended application of íhe block
The strategy field can be used to ídentify grouping of biocks. This data ts not checked orprocessed by the block.
The identification number of the plañí unií. This Information may be used in the host forsorting alarms, eíc.
The actual, target, permitted, and normal modas of the block:Target: The mode to "go to"Actual: The mode íhe "block is currently ín"Permitted: Allowed modes íhat íargeí may take onNormal: Most common mode for actual
This parameter reílects the error status associaied with the hardware or softwarecomponents associated with a block. It is a bit string, so that múltiple errors may be shown.
State of the function block application state machine,
A parameter for a host ío use to tesí reading and wriüng. Used only for conformance testing.
Síring identifying the tag of íhe resource which contains the Device Description forthis resource.
Manufacturer identification number- used by an interface device to lócate the DD file for theresource (001151 for Rosemount).
Manufacturéis model number associated with the resource - used by iníerface devices tolócate the DD file for the resource.
Manufacturer revisión number associated wiíh íhe resource - used by an interface device íolócate the DD file for the resource.
Revisión of the DD associaied wiíh the resource - used by an iníerface device to lócate íheDD file for íhe resource.
Opíions for conírolling access of host compuíers and local control panels to operating,íuning, and alarm parameíers of the block. Noí used by device.
•fé
Rosemount Model 848T Eight Input Temperature Transmitter with FOUNDATION Fieldbus
15
16
HAROJTYPES
RESTART
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
FEATURES
FEATURES SEL
CYCLEJTYPE
CYCLE_SEL
MIN__CYCLE_T
MEMORY_SIZE
NV_CYCLE_T
FREE_SPACE
FREE_TIME
SHED_RCAS
SHED_ROUT
FAULT_STATE
SETJ=STATE
CLRJ=STATE
MAX_NOTIFY
LIM_NOTIFY
CONFIRMÓME
WRITEJ.OCK
UPDATE_EVT .
BLOCK ALM
ALARM_SUM
ACK_OPTION
WRITE PR!
The types of hardware available as channel numbers. Forthe Model 848T, íhis is iimited toScalar (¡.e. analog) ¡nputs.
Allows a manual restart to be initiated. Several degrees of restart are possible. They arethe following:1 Run - nominal síate when not restarting2 Restart resource - not used3 Restart with defaults - set parameters to default valúes.4 Restart processor - does a warm restart of CPU.
Used io show supported resource block options.
Used to select resource block options. The Model 848T supports the following:Unnicode: Tells host to use unicode for string valúesReports: Enables alarms, Must be set for alarming ío workSoftware Lock: Software write locking enabled but not active. WRITEJ-OCK musí be set toactívate.Hardware Lock: Hardware wriíe locking enabled but not active. WRITEJ_OCK follows thestatus of the securiíy switch
Ideníifies the block execution methods available for this resource.
Used to select the block execution meíhod for this resource. The Model 848T supports thefollowing:Scheduled: Blocks are only executed based on the schedule in FB_STARTJ_IST.Block Execution: A block may be executed by linking ío another blocks compleíion.
Time duration of the shortest cycle interval of which the resource is capable.
Available configuraron memory in the empty resource.
Interval between writing copies of NV parameters to non-volatile memory. Zero meansnever.
Percent of memory available for further configuration. Zero ¡n a preconfigured device.
Percent of íhe block processing time thaí is free to process additional blocks.
Time duration at which .ío give up on computer wriíes to funcíion block RCas locations.
Time duration at which to give up on computer writes to function block ROuí locations.
Condition set by loss of communicaíion to an output block, failure promoted to an outputblock or a physical contact. When a fault state condltion is set, íhe output funcíion blocks willperíorm their FSTATE actions.
Allows the fault state condition to be manually ¡niíialed by selecting Set. However, the ModelB48T does not support this.
Writing a Clear to this parameter will clear the device fault state if any field condition hascieared.
Máximum number of unconflrmed alerí notify messages possible. This number cannotbe changed, .
Máximum number of unconfirmed alert notify messages allowed.
The mínimum time between retries.of alert reports.
If set, no writes from anywhere are allowed, except to clear WRlTE_LOCK. Block inpuís wil!continué to be updated.
This alert is generated by any change to the static data.
The block alarm is used for all configuration, hardware, connection failure or systemproblems in the block. The cause of the alert ¡s entered in the subcode field. The firsí alerí tobecome active wiíl set the Active síatus in íhe ALARM__STATE subcode. As soon as theUnreporíed status is cieared by the alert reporting task, another block alert may be reportedwithout clearing the Active status, ¡f the subcode has changed.
The current alert status, unacknowledged states, unreported states, and disabled states ofthe aíarms associated with the function block. Inthe Model 848T, íhe two resource blockalarms are write alarm and block alarm.
Selection of whether alarms associated wiíh the function block will beautomatically acknowledged.
Prioriíy of the alarm generated by clearing íhe wriíe lock.
D-2
40 WRITE^ALM
41 1TK_VER
42 DISTRIBUTOR
43 DEV_STR1NG
44 XD_OPTIONS
45 FB_OPTIONS
46 DIAG_OPTIONS
47 MiSC_OPT10NS
48 RB_SFTWR_REV_REVISION
49 RB_SFTWR_REVJMINOR
50 RB_SFTWR_REV_BUILD
51 RB_SFTWR_REV_ALL
52 HARDWARE_REV!S!ON
53 OUTPUT_BOARD_SN
54 FlNAL_ASSEMBLYJMUMBER
55 DETAILED_STATUS
56 SUMMARY_STATUS
57 MESSAGE_DATE
58 MESSAGE_TEXT
59 SELF_TEST
60 DEFINE_WR!TE_LOCK
61 SAVE_CONFIG_NOW
62 SAVE_CONFIG_BLOCKS
63 START_WITHJ3EFAULTS
64 SIMÚLATE JO
65 SECURITYJO
66 SIMULATE_STATE
67 DOWNLOAD MODE
This alert ¡s generated ¡f the wriie lock parameter is cleared.
Major revisión number of the Iníeroperability Test Case used ío register the device with íheFieldbus Foundaílon.
Prívate Label Distributor - References íhe company íhat is responsible for the disíribution ofthis Field Device ío customers.
Used to load new ücensing into the device. The valué can be written and wili always readback a valué of zero.
Fisher-Rosemouni transducer block options
Fisher-Rosemouní funcíion block options
Fisher-Rosemount diagnosíics opíions
Fisher-Rosemount miscellaneous options
Major revisión of software íhat the resource block was creaíed with.
Minor revisión of software íhat the resource block was creaíed with.
Buiid of software that the resource block was creaíed with.
Software revisión string containing the following fields: major revisión, minor revisión, build,time of build, day of week of build, month of build, day of month of build, year of build, initialsof builder.
Hardware revisión of the hardware thaí has íhe resource block in ií.
Outpuí board serial number.
Final Assembly Number - Number that is used for ideníiíication purposes, and is associatedwith the overall Field Device.
Additional síatus bit string.
An enumerated valué of repaír analysis.
Daíe associaíed with íhe MESSAGE_TEXT parameter.
Used to indicated changes made by íhe user to the device's installaíion, configuration,or calibration.
[nsírucís resource block to períorm self-íest. The Model S48T supports the following:UninitializedNo SelfTest: normal operaíing mode foríhis parameíerSelf Tesí; Resource Block performs self-test when selecíed
Enumerated valué describing the implementation of the WRITEJ.OCK.
Controls saving of configuration in EEPROM.
Number of EEPROM blocks that have been modified since last burn. This valué wiil countdown to zero when the configuration is saved.
Controls what defaults are used at power-up.
Status oí simúlate jumper/switch
Síatus of security swiích.
The staíe of the simulaíe switch
Gives access to the boot block code for over-íhe-wire downloads.
D-3