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12/02/101 ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL PROYECTO.

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1 12/02/101 ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL PROYECTO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERÍA

2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE LOS GRUPOS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA DE LA LAFARGE CEMENTOS S.A. LUIS VINUEZA

3 OBJETIVO GENERAL El objetivo del proyecto es controlar un solo grupo que consiste en supervisar y automatizar todos los módulos y sistemas para la generación eléctrica 3

4 INTRODUCCION 4 -La empresa Lafarge Cementos S.A debido a la gran demanda de cemento en la región norte, se ha visto obligada a la duplicación de su producción, por lo cual se está implementando toda una nueva línea de producción, como son: el nuevo molino de cemento, horno, ensacadora - Se adquieren 3 grupos de generación térmica compuesto de: Motores de combustión interna: marca Pielstick de 7.2 MW año1973 Generadores Leroy Somer Tableros de protección Schneider. Doble separador de crudo y diesel, Sistemas de enfriamiento y lubricación, Módulo Booster (sistema de combustible) marca L&K., AVR marca Leroy Somer modelo 630-3f, Sincronizador de línea, alternador, virador Governor marca Woodward modelo UG40-D.

5 PROCESO DE GENERACIÓN 5 1. Encendido manual de los módulos auxiliares. 2. No debe existir alarmas. 3. Encender los siguientes equipos: bomba de lubricación del alternador, bomba de balancines, radiadores, bomba de agua piscinas. 4. Se deja los sistemas encendidos 10 minutos, para purgar. Se da virador al motor 5. Arranque del motor. 6. Sincronización. 7. Aumento o disminución de carga. 8. Parada del motor.

6 DESCRIPCION FUNCIONAL Esquema modular del sistema de generación 6

7 DESCRIPCION FUNCIONAL 7 FILTRO DE AIRE

8 DESCRIPCION FUNCIONAL 8 VIRADOR Este sistema permite girar el motor de combustión interna. Se inserta una palanca mecánica la que permite acoplar el motor eléctrico con un sistema de engranes internos.

9 DESCRIPCION FUNCIONAL 9 HEATER

10 DESCRIPCION FUNCIONAL 10 BOMBA DE LUBRICACION DEL ALTERNADOR Esta bomba se encarga de lubricar el cojinete del alternador previo al arranque y durante la parada del Grupo Motriz. BOMBA DE BALANCINES

11 DESCRIPCION FUNCIONAL 11 AVR: Regulador Automático de Voltaje Equipo por medio del cual se inyecta un voltaje DC regulable a la excitatriz, este genera corriente trifásica que pasa por un puente diodos y de este inyecta la corriente para inducir al alternador y así poder controlar la potencia reactiva entregada por el Generador a la línea de distribución trifásica

12 DESCRIPCION FUNCIONAL 12 AVR: Regulador Automático de Voltaje Colocar el Interruptor de Excitación en ON. Si la velocidad supera el 90% el relé KR130 cierra circuito del AVR abre corto-circuito entre los pines 7 y 8 del AVR Pulsar Start Acople para pasar el mando al tablero de Sincronismo, comienza a parpadear una luz indicadora de Star Coupling. Se activa un relé que activa el funcionamiento remoto del AVR, como se muestra en la siguiente figura.

13 DESCRIPCION FUNCIONAL 13 Governor. Es un sistema mecánico que permite controlar la frecuencia y la potencia activa del motor y generado. Al momento de acoplar se cierra un relé el que permite el control remoto.

14 DESCRIPCION FUNCIONAL 14 Válvula de aire de arranque. Permite el paso de aire al momento del arranque del arranque del motor.

15 DESCRIPCION FUNCIONAL 15 Tablero de control del motor CODIGONOMBRE 1HS1Auxiliaries On (pulsador) 1HS2Motor Start-Up (luz piloto) 1HS4Reset alarm (pulsador) 1HS5Reset Horn (pulsador) 1HS7Fuel Oil (LFO/HFO) (selector) 2HS3Exitatriz (ON/OFF) (selector) 2HS4Voltaje (+/-) (pulsadores) 2HS6Frecuencia (+/-) (pulsadores) 2HS7Start Coupling (pulsador) 2HS8Hands Out Alarm (pulsador) 5HS1Alternador Lub. Oil Pump (selector) 6HS1Radiatores ( Man/Auto) (selector) 7HS1Balancín Pump (Man/Auto) (selector) 8HS1Water Lake Pump (Man/Auto) (selector) 10HS1Virador Command (On /Off) (selector) 11HS1Heater (On /Off) (selector) 15HS1Test Lamp (pulsador) 1HS3Motor Stop 3HS1Paro de Emergencia

16 DESCRIPCION FUNCIONAL 16 Tablero de campo de bomba balancines Botonera de campo del virador

17 DESCRIPCION FUNCIONAL 17 Tablero de Tratamiento de aceite: LO Separador

18 DESCRIPCION FUNCIONAL 18 Tablero de Acondicionamiento de Agua y Aceite: LO Conditioning y bomba de piscinas

19 DESCRIPCION FUNCIONAL 19 Tablero de Radiadores Compuesto por los equipos de maniobra y protección de 6 ventiladores con un total de 28.3KW. De este tablero se requieren señales para el control remoto de cada uno de los fan así como para supervisar que no haya fallas térmicas en ninguno de ellos, este sistema se encarga de enfriar el agua de camisas del motor

20 DESCRIPCION FUNCIONAL 20 Tablero de Tratamiento de Combustible

21 DESCRIPCION FUNCIONAL 21 Tablero de Módulo de Combustibles Booster Module.

22 DESCRIPCION FUNCIONAL 22 Tablero de Sincronismo Schneider. Tablero de Auxiliares de los grupos #5, #6 y #7

23 DESCRIPCION FUNCIONAL 23 Especificaciones Motor Diesel-Bunker 16 PC - El motor tienes 16 pistones, balancines, 16 camisas y 16 inyectores. Además tiene 9 bancadas en las cuales se asienta el cigüeñal del motor. -El motor tiene dos turbo cargadores los cuales ayudan en la combustión del motor. Estos absorben aire frío que pasa por el filtro y lo impulsan al sistema de combustión y sacan los gases calientes después del ciclo combustión.

24 HARDWARE 24 SENSORES

25 HARDWARE 25 SENSORES VARIABLESSENSORSETALARMACOMENTARIO Equipo: MOTOR DIESEL-BUNKER PIELSTICK X GRUPO Velocidad del motor PICK- UP+ controlador514 R.P.M. 400 R.P.M. No llego a cumplir 400 R.P.M. en 30 segundos shutdown 535 R.P.M.Alarma Sobre Velocidad Eléctrica Parada Manual de Emergencia Switch Proximidad--Disparo por parada de emergencia palanca roja Manija virador Switch Proximidad--Manija enrutada hacia virador engranado Presión de aire de arranque de tanque pulmónSwitch de presión7-10 bar5 barBaja presión de suministro de Aire Flujo en Camisas con bajo Flujo de AguaSwitch de Flujo m3/h2 m3/hrValor mínimo de flujo solo alarma Presión de aire en el filtro de aire Switch de presión diferencial--Alarma Temperatura Cilindro No 1ª Termocupla Tipo K ºCAlarma por alta temp. En cilindro 1A Temperatura Bancada No 1RTD PT ºC 90 ºCDisparo por muy alta temp. Bancada No 1 Alarma por alta temp. Bancada No 1

26 HARDWARE 26 SENSORES VARIABLE SSENSORSETALARMACOMENTARIO Equipo: MOTOR DIESEL-BUNKER PIELSTICK X GRUPO Temperatura Entrada del aire de admisión a cilindros derechoRTD PT ºC Alarma de Alta Temperatura Alarma de muy Alta Temperatura Temperatura Salida del turboRTD PT ºCAlarma de muy Alta Temperatura Temperatura de Entrada gases de escape No 1 del Turbo A Termocupla Tipo K ºC 610 ºCAlarma por alta temp. de turbo No 1 A Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 A Temperatura de Entrada gases de escape No 2 del Turbo A Termocupla Tipo K ºC Alarma por alta temp. de turbo No 1 A Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 A Temperatura de Entrada gases de escape No 1 del Turbo B Termocupla Tipo K ºC Alarma por alta temp. de turbo No 1 B 610 ºC Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 B Presión de Ingreso de Aceite LubricanteSwitch de Presión5-6 Bar2.8 BarAlarma por Baja Presión de Aceite

27 HARDWARE 27 TABLERO DE PANTA ELÉCTRICA (MLFB) CODIGO FABRICANTE DESCRIPCIONMARCACANTIDAD 6AV CD01-1AX1Multi Panel MP277 de 10"SIEMENS1 6AV CB00-0AX1Simatic Compact Flash 128MbSIEMENS1 6EP1334-3BA00Power Suply SITOP de 10A 24VdcSIEMENS1 6ES7315-2AG10-0AB0PLC - CPU DPSIEMENS1 6ES7953-8LM11-0AA0MMC 4MbSIEMENS1 6GK CX10-0XE0CP 343-1LEAN Ethernet ModuleSIEMENS1 6ES7321-1BH02-0AA0SM DI / 24Vdc ModuleSIEMENS11 6ES7322-1BH01-0AA0SM DO / 24Vdc ModuleSIEMENS4 6ES7331-7KF02-0AB0 SM331 8 AI / +/-10V/ 4-20mA Module SIEMENS10 6ES7153-1AA03-0XB0IM 153 for ET200M ModuleSIEMENS3 PLC Y MULTIPANEL

28 HARDWARE 28 MULTIPANEL Memori a Variables Pantalla s Mensajes desplegados Multipanel 270 inox6Mbyte Características técnicas La pantalla mide 10, El medio de comunicación que se utiliza es MPI, se configura de la misma manera como si fuera profibus 485. Son subredes pequeñas

29 HARDWARE 29 PLC S7-300 La capacidad de esta CPU viene dada en la siguiente lista: 16K de instrucciones Bytes E/S Digitales Bytes E/S Analógicas - 0,3 ms / 1K Instrucciones

30 HARDWARE 30 PLC S7-300 Tenemos 4 batidores. Se comunican mediante profibus 485, a cada tarjeta ET-200 se conectan 8 tarjetas de entradas y salidas digitales y análogas como máximo

31 HARDWARE 31 PLC S7-300

32 HARDWARE 32 Red de comunicación EQUIPODIRECCION CPU 315 DP-21 IM El multipanel se conecta por MPI y tiene dirección 1 Las IM o ET se conectan median PROFIBUS 485

33 SOFTWARE 33 El software utilizado es SIMATIC STEP 7, es de la marca SIEMENS. Los lenguajes de programación son: AWL, KOP y FUP

34 SOFTWARE 34 Programa de automatización del grupo de generación eléctrica Se debe tomar en cuenta los siguientes procesos: - Proceso de arranque del motor - Proceso de acoplamiento del motor -Proceso de parada normal y anormal: Paro de Emergencia Sobre-velocidad Mecánica Sobre-velocidad Eléctrica Muy Alta temperatura en agua de camisas Baja presión de aceite a la entrada del motor Falla en el Sepam Fallo en arranque Muy Alta temperatura en los Devanados del Alternador Muy Alta temperatura en Bancadas

35 35 El programa de control fue dividido para el mejor desarrollo de las tareas de control, posee: un Bloque principal (OB1), un Bloque de arranque (OB100), 6 Funciones (FC) 14 Bloques de funciones (FB) con sus respectivos bloques de datos (DB). Cada uno de estos elementos realiza una función determinada dentro del sistema. SOFTWARE Programa de automatización del grupo de generación eléctrica

36 36 La supervisión de las diferentes señales se la realiza mediante el multipanel táctil. El software utilizado es el WINCC Flexible. Las diferentes pantallas se las hicieron de la manera más sencilla para que sea de fácil manejo y visualización por parte del operador DISEÑO DE HMI

37 37 DISEÑO DE HMI

38 38 DISEÑO DE HMI

39 39 DISEÑO DE HMI

40 40 DISEÑO DE HMI

41 41 DISEÑO DE HMI

42 PRUEBAS Y RESULTADOS Las diferentes pruebas que se realizaron son las siguientes: Las señales que se tienen dependiendo el sensor, llegan a los módulos de entradas análogas (PT-100, TC-K, presión) del PLC, utilizando un calibrador marca fluke modelo 725, se los simula. Y se lo monitorea con el software STEP 7. Se comprueba con el calibrador la medida real de cada sensor y se compara. 20/01/1042

43 PRUEBAS Y RESULTADOS Activaron las salidas del PLC, desde el software STEP 7, para verificar el funcionamiento de todos los relés conectados a sus módulos de salidas. Activaron las diferentes entradas digitales y se comprobó el funcionamiento con el STEP 7 Todas las pruebas con las diferentes señales estuvieron correctas 20/01/1043

44 PRUEBAS Y RESULTADOS 20/01/1044 VARIABLES SENSORMEDIDA 1MEDIDA 2 Descripcion CALIBRAD ORMULTIPANELCALIBRADOR MULTIPA NEL Temperatura de Bancada - Anclaje InteriorRTD PT ºc 140 ºc Temperatura de Bancada - Anclaje ExteriorRTD PT ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 1RTD PT ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 2RTD PT ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 3RTD PT ºc 140 ºc Temperatura de Cilindro No 6B Termocupla Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Cilindro No 7B Termocupla Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Cilindro No 8B Termocupla Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Entrada de Gases Termocupla Tipo K 100 ºc 150 ºc

45 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Descripción Funcional del Sistema, Programas y Funcionamiento, las secuencias, manuales, programación de equipos de automatización, se ha comprobado, con exactitud que, para los fines del presente trabajo, su contenido específico es perfectamente compatible. Datos Técnicos de los Equipos, equipos de automatización, equipos de maniobra, protección e instrumentación, están perfectamente concatenados y son suficientemente necesarios para su funcionamiento 20/01/1045

46 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Planos Eléctricos, Redes de Comunicación, topología planta eléctrica y los respectivos detalles específicos, fueron estudiados minuciosamente y se comprobó su eficiencia para complementar este proyecto, eminentemente técnico. Las pruebas del sistema es una de las partes fundamentales para puesta en marcha, por ello fue necesario tomar en cuenta todos los parámetros de seguridad evitando así problemas graves al sistema y al equipo humano. Verificando cada unos de los elementos del sistema se determinaron fallas existentes al momento de la puesta en marcha, logrando encontrar soluciones adecuadas para dichos contratiempos. 20/01/1046

47 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Datos Técnicos de los Equipos, equipos de automatización, autómata SIMATIC S7-300, panel de operación MP-77, I-O de campo ET-200M equipos de maniobra, protección e instrumentación, se compruebe detalladamente su concatenación, con el fin de que su funcionamiento sea perfecto. 20/01/1047

48 GRACIAS POR SU ATENCION 20/01/1048


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