Automatización y Control

2018-II

Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

1704-17502

AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL SALDAÑA GOLDSCHMIDT MIRKO ALFREDO

Docente: Ciclo:

Módulo I

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Hasta el Domingo 04 de noviembre 2018 Hasta las 23.59 PM Recomendaciones:

1. Recuerde verificar la

correcta publicación de su Trabajo Académico Académico en el Campus Virtual antes de confirmar al sistema el envío definitivo al Docente. Revisar la previsualización de su trabajo para asegurar archivo correcto.

 2.

Las fechas de publicación de trabajos académicos a través del campus virtual DUED LEARN están definidas en la plataforma educativa, de acuerdo al cronograma cronograma académico 2018-II por lo que no se aceptarán

trabajos extemporáneos .  3.

Las actividades de aprendizaje que se encuentran en los textos que recibe al matricularse, servirán para su autoaprendizaje mas no para la calificación, por lo que no deberán ser consideradas como trabajos académicos obligatorios.

Guía del Trabajo Académico Académico:: 4.

5. 

INTERNET , el Internet es únicamente una fuente de Recuerde: NO DEB E COPIAR DEL INTERNET  trabajos jos copias copias de interne internett serán verificados verificados con el SIS TE MA consulta. Los traba  ANTIPLAGIO UAP y serán calificados con “00” (cero). Estimado alumno:

El presente trabajo académico tiene por finalidad medir los logros alcanzados en el desarrollo del curso. Para el examen parcial Ud. debe haber logrado desarrollar hasta 05 y para el examen final  debe haber desarrollado el trabajo completo.

Criterios de evaluación del trabajo académico: Este trabajo académico será calificado considerando criterios de evaluación según naturaleza del curso:

1

Presentación adecuada del trabajo

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato. Considera la revisión de diferentes fuentes bibliográficas y electrónicas confiables y pertinentes a los temas tratados, citando según la normativa  APA.

2

Investigación bibliográfica:

3

Situación problemática o caso práctico:

Considera el análisis contextualizado de casos o la solución de situaciones problematizadoras de acuerdo a la naturaleza del curso.

4

Otros contenidos

Considera la aplicación de juicios valorativos ante situaciones y esc enarios diversos, valorando el componente actitudinal y ético.

Se sugiere ingresar al siguiente enlace de video de orientación:

Preguntas: 1.- Explique la importancia de la automatización en los procesos industriales…  (02  pts .) La automatización como proceso ha sido una de las mayores creaciones del hombre, pues a partir de sus resultados se han logrado disminuir significativamente fallas de tipo humano, así como se han mejorado los niveles de producción, y sus mismos niveles de vida. En el proceso de automatización, se pueden evidenciar sistemas y mecanismos de todo tipo, desde una impresora, hasta salas de control de proceso de ensambladora de autos. No existe ningún límite más allá de la imaginación del hombre. Este proceso es de gran importancia para una empresa ya que reduce la mano de obra y simplifica el trabajo, haciendo que los procesos industriales sean más rápidos y eficientes.

 2.- E s tablecer la diferencia entre s is tema de lazo cer rado y abierto. S us tente s u respuesta: (02 pts .) Los sistemas de control realimentados se llaman de lazo cerrado. El lazo cerrado funciona de tal manera que hace que el sistema se realimente, la salida vuelve al principio para que analice la diferencia y en una segunda opción ajuste más, así hasta que el error es 0. Cualquier concepto básico que tenga como naturaleza una cantidad controlada como por ejemplo temperatura, velocidad, presión, caudal, fuerza, posición, y cuplas, etc. son parámetros de control de lazo cerrado. Los sistemas de lazo abierto no se comparan a la variable controlada con una entrada de referencia. Cada ajuste de entrada determina una posición de funcionamiento fijo en los elementos de control.

 3.- S eñale la di ferenci a entre s ens ores de pres ión, de nivel, de flujo, temperatura,  pres enci a y proximidad…… (02 pts .) Los sensores de presión son dispositivos que transforman la magnitud física de presión por unidad de superficie en una señal normalizada. Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar. Los sensores de presión sin amplificación de señal se llaman también transductores. Los sensores de nivel, también conocidos como "interruptor de nivel" o "sensor de boya", son instrumentos que trabajan con un interruptor de contacto (reed switch) y un flotador magnético. El movimiento del flotador abre o cierra el contacto eléctrico. Con ellos, se consiguen soluciones versátiles y de bajo coste para su automatización. Los sensores de caudal recogen las velocidades del flujo de aire o líquidos. Los sensores de caudal usan diferentes principios de medición. Los sensores de caudal para líquidos funcionan por ejemplo sobre la base de ultrasonidos. Sensores de caudal para profesionales para la inspección y control, Esta medición sin contacto tiene la ventaja que los sensores no están expuestos a golpes de ariete y medios sólidos Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico. Los sensores de proximidad inductivos sólo pueden detectar objetos metálicos. No detectan objetos no metálicos, tales como plástico, madera, papel y cerámica. A diferencia de los sensores fotoeléctricos, esto permite que un sensor de proximidad inductivos pueda detectar un objeto de metal a través de plástico opaco.

4. Defina la importancia del control automático en la indus tria. Sus tente s u res pues ta (02 pts.) El control automático de procesos es una de las disciplinas que se ha desarrollado a una velocidad vertiginosa, dando las bases a lo que hoy algunos autores llaman la segunda revolución industrial. El uso intensivo de las técnicas del control automático de procesos tiene como origen la evolución y tecnificación de las tecnologías de medición y control aplicadas al ambiente industrial. Su estudio y aplicación ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas y beneficios asociados al ámbito industrial, que es donde tiene una de sus mayores aplicaciones debido a la necesidad de controlar un gran número de variables, sumado esto a la creciente complejidad de los sistemas. El control automático de procesos se usa fundamentalmente porque reduce el costo asociado a la generación de bienes y servicios, incrementa la calidad y volúmenes de producción de una planta industrial entre otros beneficios asociados con su aplicación. La eliminación de errores y un aumento en la seguridad de los procesos es otra contribución del uso y aplicación de esta técnica de control. En este punto es importante destacar que anterior a la aplicación masiva de las técnicas de control automático en la industria, era el

hombre el que aplicaba sus capacidades de cálculo e incluso su fuerza f ísica para la ejecución del control de un proceso o máquina asociada a la producción. En la actualidad, gracias al desarrollo y aplicación de las técnicas modernas de control, un gran número de tareas y cálculos asociados a la manipulación de las variables ha sido delegado a computadoras, controladores y accionamientos especializados para el logro de los requerimientos del sistema.

 5.- E lija un proces o indus tri al y automatícelo, elij a s ens ores a utilizar y s u ubicaci ón y que variables van a controlar…… (04 pts .)

Proceso de fundición de metales, emanación de gases contaminantes al ambiente

1. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA APLICACIÓN El calentamiento global y la contaminación del medio ambiente son fact ores determinantes en la calidad de vida de la población. Es por esto que la constante  búsqueda de sistemas que permitan mejorar dichas condiciones dan sustento al desarrollo de aplicaciones y herramientas de monitoreo y automatización, las cuales brindan información relevante sobre las variables asociadas a la metrología y que pueden servir de soporte en la toma de decisiones por parte de entes de control en carácter de gestión ambiental. El presente proyecto detalla el proceso de concepción de un sistema de monitoreo y control de la calidad del aire, nivel de radiación, niveles de ruido y la cantidad de desechos en la ciudad de Arequipa, mediante el us o de sensores, telecomunicaciones y PLC´s. Los cuales brindan datos que luego de ser procesados diagnostican las condiciones actuales de la calidad de aire en el sector en donde se encuentran emplazadas las instalaciones de la Institución. El proyecto consiste en crear un sistema el cual permita detectar niveles altos en radiación, ruido, CO2 y cantidad de basura; para luego informar a las instit uciones encargadas del control de cada uno de ellos para que actúen de alguna manera.

1.1.

Diagrama de bloques del sistema

El proyecto consiste en crear un sistema el cual permita detectar niveles altos en radiación, ruido, CO2 y cantidad de basura; para luego este informar a las instituciones encargadas del control de cada uno de ellos para que actúen de alguna manera.

SISTEMA DE MONITOREO DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

Ingreso de Radiación, Ruido, CO2 y Basura

DETECTAR NIVELES ALTOS

RECOPILAR DATOS

ENVIO DE DATOS A LAS ORGANIZACIONES

1.2.

Metodología

El presente trabajo basa su ejecución mediante el uso de una metodología lógico y empírica, permitiendo primero analizar, deducir y escoger los medios i ndicados para llegar a la ejecución del sistema para la medición de gases contaminantes (CO2), así como también radiación, ruido y cantidad de desechos, mientras que los otros utilizan la observación y experiencia como principio fundamental para conocer el punto de partida  para la utilización de los recursos necesarios en el desarrollo del diseño y funcionamiento del sistema. Mediante una metodología inductiva se utiliza la información obtenida de investigaciones para conocer cuán importante es el control de la contaminación de gases como el CO2, nivel de radiación, ruido y cantidad de desechos en ambientes ant e los cuales se encuentran expuestos. El uso de un método de campo permite conocer completamente el problema a ser tratado  para luego proponer una solución, ya que como herramientas de apoyo para la consolidación de este proyecto se utilizaron diferentes instrumentos de recolección de información.

1.3.

Acerca de los equipos a ser utilizados

La concepción del sistema para la medición de las variables de CO2, radiación, ruido y desechos, parte de la investigación y el estudio de los sensores adecuados para la implementación y conexión del mismo, sirviendo de base el conocimiento de que los equipos a ser utilizados deben ser de orden industrial y resistentes a superficies y ambientes hostiles. Así como también del adecuado sistema y monitoreo mediante el uso de un autómata programable o una plataf orma para desarrollo de sistemas de automatización y control.

3.

DIAGRAMA P&ID Y BLOQUES DEL SISTEMA

3.1. Diagrama De Bloques

SENSOR DERADIACION INFRARROJA

CONTROLADOR DE LIMITES PERMITIDOS

Ilustración 1 - Diagrama De Bloques

OBTENCION DE DATOS

ANALISIS DE DATOS SALIDA

ENTRADA

PROCESO

VARIABLE MEDIDA SET-POINT

RADIACION

SENSOR DEFRECUENCIA

INDICADOR DERUIDOS

ENTRADA

OBTENCION DE DATOS

PROCESO

VARIABLE MEDIDA

SET-POINT

CONTROLADOR DE LIMITES DE CO2 PERMITIDOS OBTENCION DE DATOS

SENSOR DECOMBUSTIÓN

SET-POINT ENTRADA

PROCESO

VARIABLE MEDIDA

VARIABLE CONTROLADA ORGANICA

SENSOR DEEVENTO ( BASURA) ENTRADA VARIABLE MEDIDA

SENSOR DECONTROL DE CO2

INDICADOR DETIPO DE BASURA

OBTENCION DE DATOS

SEPARADOR DE BASURA POR TIPO

SENSOR

VARIABLE CONTROLADAB. INORGANICA

PROCESO

3.2.

Diagrama P&ID

Ilustración 2 - Diagrama P&ID

LEYENDA

RIC: Controlador indicador de radiación

RR: Registro de radiación

X1: Basura Orgánica

VIC: Controlador indicador de vibración

VR: Registro de vibración

X2: Basura Inorgánica

BIC: Controlador indicador de combustión

BR: Registro de combustión

AIC: Controlador de análisis de la información

XZ: Separador de basura

Trabajo Académico 4. DESCRIPCION DE LOS ELEMENTOS 4.1. Sensores Los sensores son los elementos primarios de medición de variables del proceso, siendo algunos usados para lectura e indicación y otros para transformar la variable medida en una señal eléctrica, los más usados en la industria son los de nivel, de presión, de temperatura, de flujo, de proximidad entre otros. Esta señal va hacia la entrada del controlador para ser comparada con el valor de referencia o "set point" determinando el error y la acción de control.

RE (Sensor de radiación)

Es un sensor de nivel por radiación ya que es más exacto para luego compararlo con el “set point”

VE (Sensor de ruido)

Se utiliza un sensor de nivel por vibración para medir los niveles de ruido y posteriormente compararlo con el “set point” BE (Sensor de CO2) Utilizamos aquí un sensor de nivel de CO2 para determinar el nivel de CO 2 presente XE (Sensor de presencia de basura) Se hace uso de un sensor de presencia capacitivo X1E(Sensor de basura orgánica) Usamos un sensor de nivel de CO2 para determinar el nivel de CO2 presente en la basura orgánica

4.2.

Controladores

Las señales de radiación, ruido y CO2 recepcionados por sus respectivos sensores serán comparadas con el set point que se encuentra en el controlador, luego se hará un registro de estos datos que serán enviados un receptor de todas los datos para después informar a cada una de las entidades encargadas tanto de radiación, contaminación acústica y CO2.

RIC (Controlador indicador de radiación) Se lleva a cabo mediante la comparación entre los valores de consigna (Niveles de radiación obtenidos de los registros de Senamhi) y el valor de la medida del sensor. El proceso inicia cuando el usuario introduce variables al PLC, como: los valores de consigna que no son más que el límite inferior y superior de radiación solar que deben estar presentes en el medio ambiente. Los valores de consigna pueden ser introducidos ya sea en Wattios/m 2 o

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Trabajo Académico en porcentaje, la elección estará a cargo del usuario. Una vez que se han introducido las mencionadas variables, el sistema automáticamente registrará gráficos de radiación en la PC. El usuario encargado de verificar si el valor de radiación está dentro del rango, si el valor es mayor, la acción a tomar por el usuario será de enviar información al controlador principal. Esto es en caso se realice de manera manual, en el modo automático el control del sistema se lleva a cabo con respecto al rango seteado, pues si la radiación existente en el ambiente es mayor al límite superior, la alarmas integradas en el PC actuarán enviando información al controlador principal.

Ilustración 3 - Diagrama De Flujo Que Describe El Funcionamiento

VIC (Controlador indicador de Vibración) Se lleva a cabo mediante la comparación entre los valores de consigna y el valor de la medida del sensor. El proceso inicia cuando el usuario introduce variables al PLC, como: los valores de consigna que no son más que el límite inferior y superior de vibración que deben estar presentes en el medio ambiente. Los valores de consigna pueden ser introducidos ya sea en Wattios/m 2 o en porcentaje, la elección estará a cargo del usuario. Una vez que se han introducido las mencionadas variables, el sistema automáticamente registrará gráficos de vi bración en la PC. El usuario encargado de verificar si el valor de vibración está dentro del rango, si el valor es mayor, la acción a tomar por el usuario será de enviar información al controlador principal. Esto es en caso se realice de manera manual, en el modo automático el control del sistema se lleva a cabo con respecto al rango seteado, pues si el nivel sonoro existente en el ambiente es mayor al límite superior, la alarmas integradas en el PC actuarán enviando información al controlador principal.

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Trabajo Académico Ilustración 4 - Diagrama De Flujo Que Describe El Funcionamiento

BIC (Controlador indicador de combustión) Se lleva a cabo mediante la comparación entre los valores de consigna y el valor de la medida del sensor. El proceso inicia cuando el usuario introduce variables al PLC, como: los valores de consigna que no son más que el límite inferior y superior de combustión que deben estar presentes en el medio ambiente. Los valores de consigna pueden ser introducidos ya sea en W attios/m 2 o en porcentaje, la elección estará a cargo del usuario. Una vez que se han introducido las mencionadas variables, el sistema automáticamente registrará gráficos de vi bración en la PC. El usuario encargado de verificar si el valor de vibración está dentro del rango, si el valor es mayor, la acción a tomar por el usuario será de enviar información al controlador principal. Esto es en caso se realice de manera manual, en el modo automático el control del sistema se lleva a cabo con respecto al rango seteado, pues si el nivel de combustión existente en el ambiente es mayor al límite superior, la alarmas integradas en el PC actuarán enviando información al controlador principal.

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Trabajo Académico Ilustración 5 - Diagrama De Flujo Que Describe El Funcionamiento

XIC El siguiente gráfico es el diagrama de flujo, el cual ayuda a determinar las reglas de control .

La programación tendrá un adecuada organización y en caso llegase a existir un problema el programador puede detectarlo y corregirlo rápidamente al saber en qué función se origina el error. Las funciones que tendrá la programación son las siguientes:

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Trabajo Académico 

Función de selección de materiales.



Función de clasificación de residuos.



Función de paro de emergencia, detiene todo movimiento al activarse.



Función de limpieza de datos, permite la selección de nuevos materiales.

Una vez generado el programa de control, se requiere de un medio con el cual el operador pueda conocer el status del sistema, que le permita acceder a la información y que le permita tanto seleccionar como consultar los tipos de residuos a clasificar. Para estos fines se programa un interfaz humano máquina, donde se guía al operador, mediante mensajes, indicadores, imágenes y menús, para la puesta en marcha y operación del clasificador de residuos orgánicos e inorgánicos.

AIC Este último controlador se encargará de recepcionar toda la información obtenida anteriormente, para luego enviarlas a cada entidad correspondiente.

4.3.

Actuadores XZ (Actuador en el separador de basura orgánica e inorgánica) El tratamiento adecuado de los residuos orgánico s aún contenidos en la bolsa gris, sigue planteando problemas a las empresas de tratamiento de residuos. Esta fracción orgánica puede contener hasta un 25% de material inerte (piedras, cerámica, metales y vidrio) que hay que retirar necesariamente antes de su procesado y tratamiento, ya sea en compostaje, o especialmente antes de la biometanización.

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Trabajo Académico

A. Máquina de Separación Los sistemas tradicionales de separación de inertes, por medios mecánicos y mesas densimétricas, no alcanzan una gran eficiencia debido a las características de la materia orgánica fresca: pesada y pegajosa, lo que se traduce en una muy baja eficacia de separación y altas pérdidas de orgánico. Uno de los grandes problemas que genera este m aterial inorgánico presente es que sedimenta en el fondo de los digestores, obligando a una limpieza y vaciado más frecuente de los mismos, lo que incrementa los costes de mantenimiento y reduce la producción de metano. Para dar solución allí donde los demás sistemas fallan, Titech ha desarrollado Titech x-tract, un equipo que separa estos materiales inertes de la materia orgánica fresca usando sensores de rayos X y chorros de aire. Para ello, Titech adaptó su propio sistema para la clasificación de metales no férricos a la limpieza de materia orgánica fresca, equipándolo con una fuente de rayos X, equipada con un sensor de alta sensibilidad trabajando a bajas energías; y dotando el equipo de una nueva mecánica más resistente a la humedad y a los ácidos propios de la materia orgánica. El resultado es un equipo que se comporta con mayor eficacia que cualquier otro sistema a la hora de convertir una fracción orgánica contaminada en orgánico apto para la biometanización u otro tratamiento posterior. En concreto, el modelo Titech x-tract 1200 es capaz de procesar hasta 25 toneladas de materia orgánica fresca en una hora y eliminar entre el 80% y el 95% de inertes contenidos en ella.

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Trabajo Académico 6.- Di s eñar un sis tema de control de una caldera de vapor y s eleccione todos los elementos de control……. (04 pts.) Se tiene un contenedor con doble fondo, primero actuaria un sensor de nivel para el llenado del interior de la misma, en el cual al momento de llegar al nivel deseado pararía el llenado y empezaría la combustión, donde el sensor térmico actuaria para controlar y medir la temperatura del contenido de la caldera, por lo cual al momento de llegar a la temperatura deseada la combustión terminaría, hasta notar cierta disminución en la temperatura y empezar nuevamente, para la parte de seguridad se tendria un sensor de presión, el cual se encargaría de que la caldera no llegue a niveles críticos de presión, y en el caso de que lo haga la combustión se detendría para evitar fugas y/o accidentes

-

Sensor de nivel Los sensores de nivel, también conocidos como "interruptor de nivel" o "sensor de boya", son instrumentos que trabajan con un interruptor de contacto (reed switch) y un flotador magnético. El movimiento del flotador abre o cierra el contacto eléctrico. Con ellos, se consiguen soluciones versátiles y de bajo coste para su automatización.

-

Sensor de temperatura Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico.

-

Sensor de presion Los sensores de presión son dispositivos que transforman la magnitud física de presión por unidad de superficie en una señal normalizada. Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar. Los sensores de presión sin amplificación de señal se llaman también transductores.

7.- Identifi que un proces o indus trial, automatícelo e identifique los niveles jerárquicos de comunicación…… (04 pts.) E l modelo CIM cons idera la factoría (s is tema de manufactura) como un todo, recog iendo la automatización de cada activi dad y las relaciona entre s í formando un bloque único. A demás, s e estructuran las aplicaciones de un modo jerárquico dividiendo las tareas de control en dis tintos niveles funcionales. Como ejemplo, s e muestra en la fig ura 1.1 un modelo CIM de 5 niveles de la arquitectura de aplicaci ón definido por el National B ureau of Standards (NB S ) de los E s tados Unidos. E n un modelo CIM, cada nivel se caracteriza por llevar a cabo labores es pecífi cas , asoc iada a ello un tipo de infor mación y de proces amiento diferente. De ahí, queda determinada la jerarquía a la cual pertenece una red. Cada red g obierna las funci ones del nivel inferior y s irve de interfaz al nivel s uperior (integ ración del proces o automatizado). E l flujo de la información fluye tanto en s entido hori zontal (dentro de s u  propi o nivel) como en s entido ver tical (a un nivelsuperi or o inferi or).

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Trabajo Académico Niv el de Empresa (nivel 5): E s te es el nivel s uperior y en el s e realizan funciones de  g es tión de la empres a. S e establecen las políticas de producci ón del conjunto de la empres a en función de los recur s os y cos tes del mercado. Niv el de Control de Factoría (nivel 4): A este nivel corres ponden las funciones de  planificaci ón de la producc ión del conjunto de la factoría. También s e encuentran los elementos de oficina técnica que mediante herramientas c omo C A D (D is eño As is tido  por C omputadora) permiten el dis eño de productos y elaboración automática de  prog ramas para los elementos de fabri caci ón (ing enierí a). También, en este nivel se efectúan funciones de control de materiales y recur s os. S e g eneran órdenes de ejecución haci a el nivel de célula en bas e a las indicaciones del niv el de factorí a. Funciones de elaboración de secuenci as de producci ón, s ecuenciamiento de tareas y coordinaci ón de recurs os en la planta. • Nivel de Control de Célula (nivel 3): Se realizan funciones de coordinación de

máquinas y operaciones. E n él se s itúa el s is tema de control que secuenci a y controla una tarea es pecífi ca. G estiona los recurs os y materiales dentro de la propia célula. • Nivel de Control de Máquina (nivel 2): En este nivel se efectúa el control de

operaciones de los dis posi tivos de fabricación. S e encuentra en este nivel el controlador de cada recurs o i ndividual, ej. Máquinas-herramienta, r obots , s is temas de medici ón, s is temas de transporte. • Nivel de Sensor y Actuador (nivel 1): Es el nivel inferior de la jerarquía CIM. En este

nivel s e ubican los dis posi tivos de campo que interactúan con el proceso tales como  s ens ores y actuadotes .

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