PROYECTO DE AUTOMATIZACION I

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1 PROYECTO DE AUTOMATIZACION I

2 Ingeniería de Proceso Para realizar la automatización de un proceso de producción se debe garantizar que se conocen a fondo todas las operaciones y los equipos relacionados con la fabricación del producto. El conocimiento que se tenga del mismo, es factor determinante en el éxito del diseño y modelamiento del proceso administrador y controlador.

3 Definición de Proceso Ingeniería de Proceso Un proceso puede ser definido como un conjunto de actividades enlazadas entre sí que, partiendo de uno o más inputs (entradas) los transforma, generando un output (resultado). Un proceso es un conjunto de actividades encadenadas lógicamente que toman un insumo y le agregan valor con sentido específico para un Usuario o Grupo de Interés, generando así un resultado o servicio.

4 Ingeniería de Proceso Objetivos Desarrollar un pensamiento sistémico para la solución de problemas de automatización. Reconocer la importancia del uso de estándares en el desarrollo de proyectos de automatización. Entender la norma S88 como medio para el diseño y análisis de procesos. Emplear la norma como base para la generación de documentación en un proyecto de automatización.

5 Aproximación al proceso. Ingeniería de Proceso

6 Ingeniería de Proceso Clasificación de los procesos Continuos Los productos se fabrican transfiriendo el material entre los diferentes equipos especializados en la realización de una tarea determinada del proceso. Cada uno de estos equipos opera en un solo estado estable. La producción continua tiene una salida permanente de producto

7 Ingeniería de Proceso Clasificación de los procesos Discretos Los productos son elaborados en lotes de producción, esto es grupos de productos que tienen en común tanto las materias primas con las cuales son fabricados como los históricos de producción. En un proceso discreto, una cantidad específica de producto es movida como una unidad (grupo de partes) entre estaciones y cada parte mantiene su única identidad. La salida de un proceso discreto aparece una por una o en cantidades de partes.

8 Ingeniería de Proceso Clasificación de los procesos Batch Este tipo de procesos son discontinuos. No son ni continuos ni discretos, ellos tienen características tanto de procesos continuos como de discretos, incluso puede llegar a confundirse con los últimos. La salida aparece en lotes o en cantidades de material. Un proceso batch es un proceso que induce la producción de cantidades finitas de material, sometiendo las cantidades de material de entrada a un conjunto ordenado de actividades de procesamiento sobre un periodo finito de tiempo usando una o más piezas de equipo.

9 Ingeniería de Proceso Material Storage 1 Material Storage 2 Material Storage 3 Feed Tank 1 Feed Tank 2 Minor Additions Mixer Spray Spray Dryer 1 Dryer 2 BATCH CONTINUOUS Packaging Line 1 Packaging Line 2 DISCRETE

10 Proceso de Cerveza Ingeniería de Proceso

11 Cocimiento Ingeniería de Proceso

12 Definición de Proceso Ingeniería de Proceso Al definir el proceso, se hace referencia a la tecnología del proceso. Esta abarca los siguientes puntos: Diagrama de Bloques para visualizar las operaciones del proceso y sus relaciones. Descripción del proceso paso a paso para establecer los objetivos en cada etapa del proceso. Generar una lista de equipos necesarios para la ejecución del proceso. Descripción específica de los equipos de manufactura queseusaránenelprocesoquesedeseamodelar.

13 Diseño y Modelamiento del Proceso Ingeniería de Proceso Con base en la información recolectada en el paso anterior se debe generar como resultado: Diagrama de flujo de Procesos. Especificaciones de Operaciones Requerimientos de Procesamiento. Especificaciones de Equipos. Modelos del proceso.

14 Diagrama de Flujo Ingeniería de Proceso Inicio o Fin de Diagrama Actividad Alternativa o Decisión Documento Base de Datos Conector Indicador de flujo de proceso

15 Diagrama de Flujo Ingeniería de Proceso

16 Diagrama de Flujo Ingeniería de Proceso

17 Ingeniería de Proceso Especificaciones de Operaciones y Requerimientos de Procesamiento. Identificación de qué entra, en qué condiciones, etc. OPERACIÓN: Descripción del cambio físico o químico que se genera. Actividades de procesamiento. Identificación de qué sale en qué condiciones, etc.

18 Listado de Equipos Ingeniería de Proceso Bomba de recibo Filtro Centrifuga 1 / Descremadora/higienizadora Higienizado/Descremado Termizador Regeneración Tanques de almacenamiento de leche cruda

19 Ingeniería de Proceso Especificaciones de Equipos Filtro Centrifuga 1 Equipo Enfriador a placas (Refrigeración) Tanques de almacenamiento leche cruda lt lt Capacidad Silo lt Silo lt Silo lt T lt T lt

20 Ingeniería de Proceso Especificaciones de Equipos Tanque de Balance Equipo Termizador(Regeneración) Centrifuga 2 Termizador (Termización) Retención Termizador (Enfriamiento) Tanque de almacenamiento de leche termizada para UHT Capacidad lt lt lt lt lt lt

21 Ingeniería de Proceso Modelamiento del Proceso Level 4 Business Planning & Logistics Plant Production Scheduling, Operational Management, etc ERP Functions Scheduling; Quality Management; Maintenance Management; Labor Management; Recipes; Reporting Level 3 Manufacturing Operations Management Dispatching Production, Detailed Production Scheduling, Reliability Assurance,... MES Functions Scheduling; Resource Allocation; Dispatching; Maintenance Management; Documentation Management; Labor Management; Performance Analysis; Process Management; Archiving Level 2 Level 1 Discrete Control Continuous Control Batch Control Automation Functions Monitoring; Control; Diagnostics; Archiving; MMI; Reporting; Recipes; Dispatches Process Equipment Sensing the production process, manipulating the production process

22 Ingeniería de Proceso Modelamiento del Proceso Esta etapa de la ingeniería de proceso pretende resolver los siguientes interrogantes: Cómo representar los equipos que existen en la planta? Cómo definir los productos a elaborar en la Planta? Cómo se obtienen los productos que se pueden elaborar en la planta? Cómo relacionar los tres aspectos anteriores de una forma inteligente, reusable y exitosa?. Modelo físico Lógica de equipos. Receta Modelo de Proceso

23 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Modelo organizado de manera jerárquica. La subdivisión debe realizarse teniendo toda la concepción de los equipos que se requieren para desarrollar cada una de las operaciones y acciones del proceso, se debe identificar su capacidad de procesamiento, almacenamiento y la función que cumplen dentro del proceso La base fundamental del modelo físico es la modularización del proceso y el grado de independencia que se logre entre sus actividades de procesamiento.

24 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso

25 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Define los equipos que se pueden agrupar lógicamente para ejecutar una función específica. Célula de Proceso Unidad Agrupación lógica de todos los equipos principales y de soporte necesarios para una línea de producción. Colección de equipos que realiza una tarea principal en el proceso. Módulo de Equipo Conjunto de equipos que realizan una tarea menor en el proceso. Módulo de Control Conexión directa al proceso, realizan un control de estado, o de acuerdo con las especificaciones un control sobre las partes constitutivas.

26 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Celda de Proceso Define todos los equipos de procesamiento dentro de un área que pueden ser usados para la manufactura de uno o más batch. Las celdas de proceso frecuentemente se subdividen en líneas (trains). Las líneas están formadas por todas las unidades y los equipos que pueden ser utilizados por un batch específico. Camino Elordenenquelosequipossonrealmenteusadosoesperanserusados enlafabricacióndeunbatch.

27 Modelo Físico Entrada de materiales Unidad 1 Unidad 2 Materiales terminados CLASIFICACIÓN DE LAS CELDAS DE PROCESO: Por el número de productos producto simple multi-producto camino simple Entrada U 1 U 2 U 3 Salida Por estructura física camino múltiple U 4 U 5 U 6 U 1 U 2 E N T R A D A S A LID A estructura tipo red U 3 U 4

28 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Unidad Se define como los equipos que tienen la capacidad de almacenar material por un tiempo o realizar actividades mayores de procesamiento que impliquen transformaciones o cambios al material que se mueve en la celda de proceso. Las características que deben cumplir las unidades son: Una o más actividades de procesamiento pueden ejecutarse dentro de una unidad. Las unidades deben ser definidas de tal forma que operen relativamente independiente entre ellas. Aunque por la celda de proceso se pueden mover varios batches simultáneamente, las unidades sólo pueden operar un batch al tiempo

29 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Qué es Unidad? Tanquedemezcla Pasteurizador Reactor Bomba Tanque Pulmón Máquinadelavar Batidora.

30 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Módulo de Equipos Unmódulodeequiposesunaovariaspiezasdeequipoquepuedenllevar a cabo un número finito de tareas específicas. Físicamente pueden estar formados por módulos de control y otros módulos de equipo; pueden ser parte de una unidad o ser simplemente equipo dentro de la celda de proceso.

31 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso Módulo de Control Son los equipos que llevan a cabo las acciones de control básico. Típicamente son una colección de sensores, válvulas, motores, actuadores y otros módulos de control que permiten establecer y mantener un estado específico de los equipos y procesos Las características de los módulos de control son: Proporcionan una interfaz para el control básico. Pueden operar sobre más de un batch al mismo tiempo, como recursos compartidos. No pueden ejecutar procedimientos de control, solamente son llamados por el procedimiento para ejecutar una acción específica.

32 Process Cell Unit Equipment Module Material Addition TIC F1 Mix M PIC Pressur e Control Pump Out and Recycle Control Module Physical Model Based on standard P&ID!

33 Modelo Físico. Pasos para realizar el modelo físico Ingeniería de Proceso Identificar la celda de proceso. Clasificar la celda de proceso. Identificar las unidades de la celda de proceso definidas a partir de sus funciones principales. Identificar los módulos de equipos. Identificar los módulos de control de la celda. Establecer las relaciones entre los módulos de control identificados y los niveles superiores definidos anteriormente. Verificarlaasignacióndelosmódulosdeequiposalasunidadesya la celda de proceso Evaluar los límites establecidos para las entidades de equipos. Evaluar los límites de la celda de proceso para garantizar la independencia de la misma. Finalmente, definir las líneas de producción (trains) de la celda de proceso, si las tiene.

34 Modelo Físico. Célula de Proceso Unidad Ingeniería de Proceso Módulo Equipo Módulo Control Línea de Fabricación Golosinas Aire Acondicionado Manejadora Sensor de Temperatura Aire Acondicionado Sensor de Presión del Vapor Sensor Humedad Relativa Motobomba Chiller Corriente de la motobomba

35 Modelo Físico. Ingeniería de Proceso

36 Ejemplo. Ingeniería de Proceso

37 Ejemplo. Ingeniería de Proceso

38 Ejemplo. Ingeniería de Proceso

39 Modelo de procesamiento de control. Ingeniería de Proceso Define la jerarquía de las acciones que se deben desarrollar para completar un Batch. El diseño de este modelo habilita la construcción de instrucciones genéricas que las recetas pueden usar en múltiples ocasiones para elaborar diferentes productos. Está enfocado directamente a las funciones de los equipos, donde toma lugar una secuencia ordenada de acciones para llevar a cabo un proceso orientado a tareas.

40 Modelo de procesamiento de control. Ingeniería de Proceso Consiste en un orden fijo de operaciones que origina una secuencia de producción continua, la cual se ejecuta completamente dentro de una única unidad. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTOS DE UNIDAD Cómo hacer un Batch. Está definido en términos de un orden fijo de procedimientos de unidad Es el más pequeño de los elementos de procedimiento de control que completa el proceso orientado a tareas. Puede ser ejecutada en forma secuencial o paralela y está en capacidad de terminar su ejecución por sí misma. Las fases se encargan de la ejecución del control básico OPERACIONES FASES Es un orden específico de fases que define una secuencia de proceso especializado que toma el material y lo procesa de un estado a otro, usualmente involucra un cambio químico o físico.

41 Procedimiento Típico Usado en la Jerarquía Procedure Unit Procedure Operation Phase Phase Phase Operation Unit Procedure

42 Modelo de procesamiento de control.

43 Modelo de procesamiento de control.

44 Modelo de procesamiento de control. Procedimiento en Sala de Cocimiento.

45 Modelo de procesamiento de control. Procedimiento: Bebida Casera.

46 Modelo de procesamiento de control. Fases. Fases: Funciones básicas independientes de procesos o productos que los equipos podrían hacer.

47 Modelo de procesamiento de control.

48 Modelo de procesamiento de control.

49 Modelo de procesamiento de control.

50 Modelo de procesamiento de control.

51 Modelo de procesamiento de control.

52 Modelo de procesamiento de control.

53 Ingeniería de Proceso Modelamiento del Proceso Modelo de Proceso Proporciona información sobre la técnica y las tareas que permiten establecer cómo se obtiene el producto deseado sin tener en cuenta los equipos específicos y las fuentes existentes para realizarlo. Este modelo debe plantearse orientado exclusivamente a tareas. Hace referencia a la tecnología del proceso.

54 Modelamiento del Proceso Modelo de Proceso Ingeniería de Proceso Descripción del proceso paso a paso. Especificaciones de materias primas. Especificaciones de reactivos auxiliares. Especificación de mezclas. Especificación de adiciones. Fórmulas y composiciones. Especificaciones de materiales de empaque. Especificaciones de productos en proceso Especificaciones de productos terminados. Especificaciones de subproductos Información encontrada en Ingeniería de producto

55 Modelo de proceso. Ingeniería de Proceso Los pasos que se deben seguir para realizar el modelo del proceso son: 1. Identificar el proceso que se desea modelar. 2. Identificar y definir las etapas del proceso que se deben realizar en un orden específico. 3. Determinar en un orden específico las operaciones que conforman cada etapa. 4. Establecer las acciones que se deben desarrollar para completar cada operación. Proceso Etapas Operaciones Acciones Conforman el proceso y están organizadas en un orden específico que puede ser serial, paralelo o una combinación de ambos. Conforman las etapas de proceso y representan actividades especializadas de procesamiento que resultan en un cambio físico o químico del material que está siendo procesado. Son las subdivisiones de las operaciones proceso. Estas desarrollan un conjunto de actividades menores para llevar a cabo el procesamiento requerido por cada operación de proceso.

56

57 Combinación De Los Modelos Modelo de Procedimientos de Control Modelo Físico (nivel inferior) Modelo de Proceso Elementos de Procedimientos Procedimiento (s) Cuando se ejecuta sobre una Equipos Celda de Proceso (s) Resulta un Resultado de la combinación de procesos Proceso Procedimiento (s) de unidad Unidad (s) Etapa de Proceso Operación (s) Unidad (s) Operación de Proceso Fase (s) Unidad (s) Acción de Proceso Fase (s) Módulos de Equipos Acción de Proceso

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