Control de Procesos. Prof. Cesar de Prada Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática ISA-UVA Sede Megelina EII prada@autom.uva.

Transcripción

1 Control de Procesos Prof. Cesar de Prada Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática ISA-UVA Sede Megelina EII prada@autom.uva.es

2 Control de Procesos Información general Orientación y objetivos Programa Actividades Laboratorio Metodología Calificación

3 Información general Caracter: Optativa, 6 créditos (21 h teoría, 7 h. aula, 30h. laboratorio) Curso: 4º, 2º cuatrimestre codigo Horario teoría: Horario Prácticas: Profesor: Prerrequisitos: Segundo cuatrimestre: Miercoles de 16 a 18h Sede Mergelina, ISA Segundo cuatrimestre: Jueves de 16 a 18h, Sede Mergelina, Laboratorio del Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática Cesar de Prada Moraga Catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática (ISA), Sede Mergelina, EII prada@autom.uva.es Conocimientos de Fundamentos de Automática y Modelado PAGINA WEB:

4 Objetivos Esta asignatura Proporciona conocimientos y metodología para abordar el diseño de los sistemas de control y su aplicación a escala industrial Introduce al alumno en los sistemas de control avanzado multivariable y en la obtención práctica de modelos de proceso para su uso en los mismos. Proporciona una experiencia práctica de la instrumentación, herramientas y sistemas necesarios en automatización de sistemas de proceso.

5 Tareas de un Ingeniero Diseño Saber como hacerle funcionar de forma eficiente Alimentación F PT TT TC PC R FC FT Refrigerante LT LC D TC FT FC TT Vapor V LT FT FC LC Calcular y construir un proceso de acuerdo a unas especificaciones Operación B Control automático Hacer que funcione automáticamente de la forma deseada

6 Control de procesos

7 Operación manual de un proceso Observar Comparar Decidir Actuar

8 Operación manual de un proceso Termómetro Observar Comparar Decidir Actuar Caldera

9 Operación de un proceso Comparar Decidir Cambios Respuestas Actuar Proceso Respuesta dinámica Medir Operación manual o en lazo abierto

10 Operación automática Valores Deseados Sustituye al operador humano Regulador Cambios Actuar Proceso Respuestas Medir Operación automática en lazo cerrado Realimentación

11 Operación Automática Medir Comparar Decidir Actuar LT LC

12 Operación automática Observar Comparar Decidir Actuar Caldera TT TC

13 Componentes Variables para actuar Variables a controlar Regulador Actuador Proceso Valores Deseados Revisaremos los distintos elementos del conjunto en lazo cerrado Valores medidos Transmisor

14 Intercambiador de calor

15 Interpretar y diseñar sistemas de control

16 Control e Instrumentación PT PC F TT R TC TC FC El control del proceso se lleva a cabo desde salas de control usando sistemas de control distribuido. La asignatura cubre también algunos elementos de tecnología de control FC TT V LT FT FC LC

17 Diversidad de Sistemas de Control Reguladores industriales de lazo (Exact, Sipart,.) SP 45 PV 45.5 A/D D/A Microprocesador 4-20 ma del transmisor 4-20 ma al actuador Control mediante PC (Regula,..) D/A, A/D 4-20 ma a los transmisores 4-20 ma a los actuadores

18 Diversidad de Sistemas Autómatas Programables (PLC) Secuencias y funciones lógicas (S7, Allan Bradley, ) Sistemas SCADA Supervision, Control And Data Adquisition (Fix, InTouch, PI, ) Señales de contactos y analógicas SP 45 PV 45.5

19 Diversidad de Sistemas Sistemas de Control Distribuido: (TDC-3000, Delta-V, PCS7,..) SALAS DE CONTROL - CONTROL AVANZADO - DMC s - SISTEMAS DE INFORMACION CONSOLAS de OPERACION IMPRESORAS de ALARMAS LCN (RED LOCAL DE CONTROL) ARMARIOS DE CONTROL: CONTROLADORES de PROCESO + TARJETAS DE E/S ANALOGICAS Y DE CONTACTOS PROCESO

20 Diversidad de Sistemas - CENTRAL - CENTROS REMOTOS OFICINAS MANTENIMIENTO ALMACEN SEGURIDAD LABORATORIO PRODUCTOS CRUDOS ENERGIAS BALANCES CONEXION REMOTA USUARIOS ETHERNET (RED GESTION DE LA PRODUCCION) SALAS DE CONTROL - CONTROL AVANZADO - DMC s - SISTEMAS DE INFORMACION CONSOLAS de OPERACION IMPRESORAS de ALARMAS LCN (RED LOCAL DE CONTROL) ARMARIOS DE CONTROL Sistemas de Control de Planta PROCESO

21 Funciones de los sistemas de control Monitorización: Gráficos, Esquemáticos, Históricos, señalización de alarmas,... SP 45 PV 45.5 Supervisión: Monitorización, gestión de alarmas, cambio de consignas o secuencias, sintonía,... SP 45 PV 45.5

22 Funciones de los sistemas de control Control Digital Directo DDC D/A, A/D Control del proceso: se recibe información, se calcula la señal de control y se envía al proceso SP 45 PV 45.5

23 Pirámide de control Economic optimization Advanced control MPC PID control / DCS La operación y el control de una factoría de proceso están organizados en una serie de capas que interactuan entre si y proporcionan distintas funcionalidades Field Instrumentation Process

24 Pirámide de control Optimización económica SP Temp SP Conc. u2 MPC u1 FC FT FC TT AT Reactantes FT Refrigerante Reactor Producto

25 Jerarquía de control Nivel 3 Optimizació n Interes econó mico Nivel 2 Control Avanzado Nivel 1 Control Convencional PID, DCS nivel 0 Instrumentació n de Campo Para implementar la funcionalidad de un nivel, los inferiores deben funcionar correctamente En particular, cualquier optimización económica ó control avanzado requiere un buen funcionamiento de la capa de control

26 Programa Introducción Instrumentación Controladores Diseño de sistemas de control Identificación de Sistemas estructuras de control Control avanzado Control Predictivo Supervisión, estimación

27 PSE Process Systems Engineering La asignatura se inserta dentro del campo denominado PSE (Ingeniera de Sistemas de Proceso) Process Systems Engineering (PSE) trata del desarrollo de métodos y herramentas basadas en ordenador para realizar un tratamiento integrado de todos los aspectos de modelado, simulación, diseño, operación control y gestión de las industrias de proceso. Es una área multidisciplinar, donde colaboran desde la ingeniería química, electrica, control, etc. a las matemáticas aplicadas, las ciencias básicas (química, física, biología,..) y en particular la informática.

28 Metodología de Sistemas Analizar la realidad Formular los problemas en términos matemáticos Resolver los problemas con losconocimientos teóricos y las herramientas de cálculo Interpretar las soluciones en términos físicos Aplicar las soluciones

29 Bibliografía Control e Instrumentación de procesos químicos, Ollero, Fdez.-Camacho, Edt. Sintesis, 1997 Process Dynamics, Modeling and Control, B.A. Ogunnaike, W.H. Ray, Oxford Univ. Press, 1994 Principles and practice of Automatic process control,smith,corripio, Edt. John Wiley, 2006 Identification of multivariable industrial processes, Zhu Y., Backx, T., Springer Verlag 1993 Model Predictive Control, E.F. Camacho y C. Bordons, Second EditionSpringer-Verlag, Londres,ISBN , 2004 Essentials of process control,w.l. Luyben, M.L. Luyben, Edt. Mc Graw-Hill, 1997 Process modeling, simulation and control for chemical eng., Luyben, Edt. McGraw Hill, 1990 Process Dynamics, Modelling, Analysis and simulation, B. Wayne Bequette, Edt. Prentice Hall, 1998 Automatic Tunning of PID Regulators, Astrom, Hagglund, Edt. ISA, 1995 Tuning of industrial control systems, A. B. Corripio., Edt. ISA, 1990 Manual de instrumentación y control de Procesos, Edt. Alción, 1998 Control Avanzado de Procesos, José Acedo Sanchez, Edt. Diaz de Santos 2002 The Condensed Handbook of Measurement and Control, N.E. Battikh, Edt. ISA, 2nd Edition, 2003

30 Documentación Toda la documentación de la asignatura se encuentra en ficheros PowerPoint en: Prácticas

31 Moodle

32 Estructura docente Clases teóricas Aprender practicando Clases Laboratorio Conocer herramientas y sistemas Practicar con: Procesos reales, Sistemas de control, Instrumentación, Software, Técnicas y herramientas básicas de modelado, análisis y diseño, procesos simulados Seminario Empleo de un Simulador de sala de control Problemas y ejercicios Visitas, Conferencias Realización de 4 proyectos prácticos Concurso GT Ingeniería de Control CEA, ISA

33 Laboratorio Objetivo: ilustrar la teoría y permitir al alumno aplicarla utilizando herramientas y sistemas reales. Aprender a utilizar herramientas y sistemas Simulación Plantas de laboratorio con instrumentación y equipos de control industriales 1. Instrumentación y sistemas de control 2. Identificación de procesos 3. Estructuras de control 4. Control predictivo Guiones /documentación 4 Miniproyectos: combinan desarrollos en simulación y realizaciones en plantas de laboratorio

34 Trabajos Prácticos P1 Instrumentación y sistemas de control de procesos. Entrega 12/03 a las 14.00h P2 Identificación de sistemas. Entrega 9/04 a las 14.00h P3 Diseño de estructuras de control. Entrega 30/04 a las 14.00h P4 Diseño e implementación de un sistema de control predictivo. Entrega 28/05 a las 14.00h Entregas 1 por grupo en Moddle. Notificación de grupos de alumnos al delegado (12 de Febrero) Presentación oral y seminario tras las entregas

35 Visitas a Industrias Factoría de ACOR en Olmedo (Valladolid) El Abril de 2014, salas de control y sistemas de instrumentación Refinería de Petronor, en Muskiz (Vizcaya) proceso y sistemas de control incluyendo control avanzado Abril 2014 (inscripción hasta el 3 de Abril) en cooperación con la sección de estudiantes de la ISA

36 Conferencias en cooperación con la sección de estudiantes de la ISA Abril de 2014 "Control Predictivo Multivariable" Mikel Sola, Petronor, Abril de 2014

37 Simulador de sala de control de procesos Por grupos se harán practicas en un simulador de sala de control de procesos para entrenamiento de personal Fábricas azucareras Desarrollado en el CTA por ISA

38 Calificación Se valorará: Proyectos prácticos (40%) Seminarios (10%) Examen final (50%) Para quienes saquen al menos un 4 en el examen Revista EuroXchange / Premio ISA estudiantes Los alumnos pueden publicar sus trabajos de prácticas o en el simulador en la Revista EuroXchange de la Federación Europea de estudiantes de ISA. Las trabajos aceptados para publicación tendrán especial consideración cara a su valoración en la calificación

39 Calificación Fechas de examen: 3 Junio h / 9 Julio 2014, 9.00h Se realizará un examen con dos partes: una de problemas y otra de teoría y cuestiones. Duración prevista: 3 h. de problemas y 1.h de teoría Valoración: 60 % de la nota para problemas y el 40 % para la teoría. Nota mínima para aprobar la asignatura: 4 El alumno puede encontrar problemas de exámenes típicos en la pagina web.

40 Tutorias Despacho en el Dpto.de Ingeniería de Sistemas y Automática. Planta baja, ala derecha de la Sede Mergelina Correo electronico: prada@autom.uva.es

41 Proyectos Fin de carrera Hay proyectos o trabajos de investigación disponibles para quienes quieran realizarlos en ISA Temas en Participación en proyectos de investigación del departamento: Petronor, CERN, HYCON2, MORE, EA, CTA etc. sobre temas de optimización, modelado y simulacion, control avanzado, gestión de redes, con participación industrial Proyectos con plantas piloto en el laboratorio Informática Industrial Prácticas en empresas