Este artículo es un ejemplo que pretende mostrar como la
programación de control en una planta industrial en muchas ocasiones obedece a
una estructura jerárquica. Donde las consignas viajan desde la parte superior
de la pirámide hasta llegar a los equipos de campo, situados en la parte inferior
de dicha pirámide.
Estamos en una central hidroeléctrica y de repente, "el motor B de
refrigeración empieza a girar".
A continuación, describiremos toda la secuencia de acontecimientos que ha
provocado el arranque del motor.
1. PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
2. CONTROL DE CARGA
3. SECUENCIA DE ARRANQUE
4. LÓGICA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
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1. PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
En este caso el desencadenante, está en la lógica que llamamos: "planificación
de la producción".
En nuestro ejemplo, este sistema está implementado en una máquina (fuera de la red de control) que contiene un
modelo matemático de la cuenca y de las instalaciones.
El modelo de nuestro ejemplo es
alimentado, por previsiones y variables en tiempo real como:
- Medidas de los pluviómetros
- Nivel de los embalses
- Aforadores (caudales de los ríos)
- Disponibilidad de las instalaciones
- Etc..
En base a estos valores, el sistema
nos puede establecer una nueva consigna de producción.
Nota: Cada instalación industrial tiene sus peculiaridades. En la mayoría de los casos, las consignas, no pueden llegar directamente a los controladores desde equipos que estén fuera de la red de control.
Por ejemplo, en muchas instalaciones petroquímicas, las consignas generadas en los modelos que planificacan la producción, no entran
directamente al control de la central. El resultado, simplemente se muestra en un ordenador
que está junto al operador. Y es el operador quien decide si introduce o no las consignas, manualmente.
Por otro lado, en una
central de generación eléctrica, con el control de secundaria activado, la
consigna requerida por red eléctrica, sí que entra desde afuera, directamente
hasta las tripas del control de la central. Estableciendo en cada momento, la potencia que debe generar.
Uno de los principales inconvenientes, por los que en muchos casos, no se aconseja que las consignas calculadas fuera de la red de control, lleguen automáticamente hasta los controladores, son los requisitos respescto a la "ciberseguridad".
Toda esta lógica y
sistemas que definen la consigna de nuestra instalación, son los que estamos
englobando en este ejemplo dentro de “planificación de la producción” y los ubicamos
en la parte superior de la pirámide de nuestra lógica de control.
En nuestro ejemplo concreto, estabamos generando 10MW y las previsones de lluvía nos indican que nuestra central hidroeléctrica, debe pasar a generar 20MW, o acará subiendo excesivamente el nivel de nuestro embalse.
Por lo que esta nueva
consigna es enviada directamente al "control de carga de nuestra
central".
2. CONTROL DE CARGA
La lógica del “control de
carga”, está configura en los controladores de dicha central (en nuestro ejemplo un PLC).
Por ello dentro del programa, se ha creado la sección "control de carga".
El control de carga es una
lógica de control, diseñada con el objetivo de que la central trabaje en su
punto más optimo sin desperdiciar recursos y obedeciendo a la consigna
establecida por la planificación de la producción.
Esta una lógica muy a medida de cada caso.
A modo de referencia se muestra la pantalla del control de carga configurada, en una central de tipo fluyente. En este control, se buscaba optimizar el arranque y parada de dos turbinas de una central, en función de la cantidad de agua disponible en el río.
En
otros proyectos, por ejemplo en una cogeneración, en la lógica del
control de carga se encargaba repartir el vapor sobrante, por el resto
de turbinas arrancando de forma progresiva cada grupo de generación.
El control de carga de nuestro
ejemplo incial, la central estaba
generando 10MW con un solo grupo de las 3 turbinas disponibles. Al recibir la nueva consigna de 20MW, el control de carga sabe que lo óptimo es encender otro grupo y desde cada uno
generar 10MW. Por lo que desde la lógica del control de carga, se enviará la solicitud de arrancar un nuevo grupo, a la "secuencia de
arranque" de dicho grupo.
3. SECUENCIA DE ARRANQUE
Las "secuencias de
arranque / paro", es una parte de la lógica de control, que en este ejemplo hemos configurado en el mismo
controlador (PLC) que el control de carga.
Suele programarse directamente, con forma de
grafect, introduciendo pasos y transiciones. 
Esta secuencia, va ordenando arrancar los distintos sistemas.
En nuestro ejemplo, una vez ha recibido la solicitud de arranque del control de carga, pasará al paso 2 y empezará a arrancar los sistemas, pasando prograsivamente por el resto de los pasos.
Concretamente, en el paso 3 de la secuencia de arranque, solicitará el arranque del sistema de refrigeración.
Con lo que en el tercer paso,
la secuencia envía la solicitud de arranque al grupo funcional que gestiona el
sistema de refrigeración.
Tras arrancar el sistema de refrigeración, una vez, una bomba esté funcionando y se tenga presión en el circuito, la secuencia pasará al siguiente paso.
4. LÓGICA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
La lógica que engloba todo el sistema de refrigeración; se intentará agrupar dentro de la misma sección del programa. En este caso se llama "Sistema de refrigeración".
Esto nos permitirá tener toda la lógica de control, ordenada por sistemas.
4.1. Grupo
funcional
El "grupo
funcional" del sistema de refrigeración recibe la orden de arranque de la secuencia, y solicitará arrancar a los
actuadores, motores y demás equipos necesarios que forman el sistema de
refrigeración.
La lógica implementada es:
Para el "grupo funcional sistema de refrigeración " hemos usado uno de los bloques típicos que se han preconfigurado en los controladores.
Nota: Para saber más sobre la progamación de típicos, pulsar el siguiente link "diseño de los típicos de control".
Si se pulsa en el SCADA, sobre le botón "GRUPO FUNCIONAL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN", se mostrará la siguiente ventana emergente:
La orden de arranque es enviada
al "selector de 2 actuadores" que gestiona el arranque y paro
de las dos bombas.
4.2. Selector de 2 actuadores
El selector de 2 actuadores, recibe la orden de marcha del grupo funcional, y selecciona que bomba arrancar. En este ejemplo el sistema de
refrigeración se ha proyectado, con 2 bombas, de las cuales una dará el 100% del caudal y otra será de
reserva.
La lógica implementada es:
Para
el "selector de dos motores " hemos usado un
bloque típico que se han preconfigurado en los controladores.
Si se pulsa en el SCADA, sobre le botón del selector, se mostrará la siguiente ventana emergente:
Este selector selecciona que bomba arrancar. En nuestro ejemplo, en función
de las horas de funcionamiento, le tocará arrancar al motor que lleve menos
horas.
Con la bomba seleccionada enviará orden de marcha al bloque de lógica que controla dicha bomba.
4.3. Bloque lógica del motor
La lógica del motor, recibe la señal de marcha del selector y como consecuencia activará la señal digital de salida del controlador que provoca el arranque del motor.
La lógica implementada es:
Si se pulsa en el SCADA, sobre le botón del motor, se mostrará la siguiente ventana emergente:
El "bloque del motor", recibe la orden de marcha del selector, y como consecuencia activa la señal física (DO) de orden de marcha que
corresponde a dicha bomba, cerrando un contacto en las tarjetas de salida del
controlador de la central.
Al activarse la señal física, termina la responsabilidad de la lógica de
control. Dicho de otra forma termina todo lo que tiene que ver con la
programación (software).
La señal de dicho contacto está cableada hasta al cuadro de control de
motores ubicado en la sala eléctrica. Que estos dos hilos tengan continuidad
provoca la energización de un relé auxiliar, que desencadena la energización de
contactor de alimentación de la bomba (entre otras cosas siempre que el
selector del cuadro eléctrico esté en modo "remoto")
El contactor
energiza el cable de fuerza del motor, y la energía viaja por el cable hasta
las bornas de dicho motor provocando su arranque.
Como se ha intentado mostrar en este ejemplo, dentro de los criterios que se deben de seguir al diseñar la lógica de control de una central industrial, es que debe estar "jerarquizada".
Esto
quiere decir que en la medida de lo posible, se debe respetar la
estructura general, haciendo que las consignas y ordenes viajen desde la
parte superior de la pirámide hacia abajo.
Elaborado por: Julio César Fernández
Losa 21/06/2022
Si tiene algo que corregir o añadir
agradecería que me mandara sus comentarios a:
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