Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción Controlada desde Computador (PC), con SCADA TGDEPC

Transcripción

1 Equipamiento Didáctico Técnico Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción Controlada desde Computador (PC), con SCADA TGDEPC Sistema SCADA de EDIBON Técnica de Enseñanza usada Caja-Interface de Control Cables y Accesorios Manuales 3 Tarjeta de Adquisición de Datos 4 Software para: - Control - Adquisición de Datos - Manejo de Datos Computador (no incluido en el suministro) 1 Equipo: TGDEPC. Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción *El suministro mínimo siempre incluye: (Computador no incluido en el suministro) Características importantes: Sistema SCADA con Control Avanzado en Tiempo Real. Control Abierto Multicontrol Control en Tiempo Real. Software de Control EDIBON específico, basado en Labview. Tarjeta de Adquisición de Datos de National Instruments (250 KS/s, kilo muestras por segundo). Ejercicios de calibración, incluidos, que enseñan al usuario cómo calibrar un sensor y la importancia de comprobar la precisión de los sensores antes de realizar las mediciones. Compatibilidad del equipo con un proyector y/o una pizarra electrónica, que permiten explicar y demostrar el funcionamiento del equipo a toda la clase al mismo tiempo. Preparado para realizar investigación aplicada, simulación industrial real, cursos de formación, etc. El usuario puede realizar las prácticas controlando el equipo a distancia, y además es posible realizar el control a distancia por el departamento técnico de EDIBON. El equipo es totalmente seguro, ya que dispone de 4 sistemas de seguridad (mecánico, eléctrico, electrónico y por software). Diseñado y fabricado bajo varias normas de calidad. Software opcional CAL, que ayuda al usuario a realizar los cálculos e interpretar los resultados. Este equipo se ha diseñado para poder integrarse en futuras expansiones. Una expansión típica es el Sistema SCADA NET de EDIBON (ESN) que permite trabajar simultáneamente a varios estudiantes con varios equipos en una red local. CONTROL ABIERTO MULTICONTROL CONTROL EN TIEMPO REAL Productos Gama de Productos Equipos 9.-Termodinámica y Termotecnia Worlddidac Member ISO 9000: Gestión de Calidad (para Diseño, Fabricación, Comercialización y Servicio postventa) Certificado Unión Europea (seguridad total) Página 1 Certificados ISO y Esquema de Ecogestión y Ecoauditoría (gestión medioambiental) Certificado Worlddidac Quality Charter (Miembro de Worlddidac)

2 DESCRIPCIÓN La turbina TGDEPC desarrollada por EDIBON es un equipo didáctico de demostración del funcionamiento de una Turbina de Gas de Doble Eje para generación eléctrica, además de otros usos. Ademas, el equipo puede ser configurado como Motor de Reacción. El elemento principal del equipo TGDEPC es la Turbina de Alta Presión que también es denominada Turbina de Generación de Gas. Está compuesta por: - Compresor tipo radial que es alimentado por aire atmosférico para luego comprimirlo. - Cámara de combustión tipo tubular. En toda combustión hay un combustible (gas propano), un comburente que en este caso es aire comprimido recibido del compresor y la energía de activación que provocará la ignición de la mezcla. - Turbina de expansión: Los gases inflamados de la cámara de combustión entregan parte de la energía que tienen en los álabes de la turbina. Compresor y turbina están montados sobre el mismo eje, así que, cuando se tiene el sistema auto sostenido, parte de energía térmica de los gases de combustión es empleada para mover el compresor. La energía térmica sobrante de los gases de la combustión es dirigida a la Turbina de Baja Presión, o también llamada Turbina de Potencia. En ella, el resto de la energía de los gases de combustión es convertida a energía mecánica que se transforma en energía eléctrica a través de un generador acoplado a la turbina. La segunda posibilidad de funcionamiento del equipo TGDEPC es como motor de reacción de un eje. Se ensambla a la Turbina de Generación el accesorio de la tobera, que provocará una aceleración de los gases de escape con la consecuente reacción, que medimos a través de una célula de carga. Ademas, el equipo TGDEPC incluye: Instalación de arranque: Se compone de un ventilador centrífugo movido por un motor eléctrico. El aire enviado por este ventilador incide sobre álabes del compresor produciendo el giro de la turbina de alta. Instalación de combustible: La línea de gas combustible se compone de una válvula de bola para apertura o cierre de alimentación, una válvula de regulación de presión, una electroválvula de seguridad y un inyector. Incluye un caudalímetro tipo rotámetro para medir el consumo de gas. Instalación de encendido: La energía de activación de la mezcla aire-combustible será la que provoque el encendido de la llama. Se compone de un electrodo de ignición alimentado por un transformador de encendido. Un electrodo de ionización es el que detecta en todo momento que la llama está encendida. Instalación de lubricación: Se compone de un depósito de aceite de 5 litros. Desde este depósito se dispone de una bomba de engranajes para impulsar el aceite hasta los rodamientos de ambos ejes de turbina. La instalación se completa con una unidad de filtración y dos válvulas de regulación para seleccionar la cantidad de aceite a suministrar a cada turbina. Instalación de refrigeración: Está compuesta por un intercambiador de calor de placas a través del que el aceite cede el calor que lleva al agua de refrigeración y queda listo para volver a engrasar los rodamientos de nuevo. Este Equipo Controlado desde Computador se suministra con el Sistema EDIBON de Control desde Computador (SCADA), que incluye: Caja- Interface de Control Tarjeta de Adquisición de Datos Software de Control y Adquisición de Datos, para el control del proceso y de los diferentes parámetros. DIAGRAMA DEL PROCESO Y DISPOSICIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL EQUIPO 5 actuadores y 18 sensores controlados desde cualquier computador y trabajando simultáneamente CONTROL ABIERTO MULTICONTROL CONTROL EN TIEMPO REAL Nota: ST= Sensor de temperatura. SC= Sensor de caudal. SV= Sensor de velocidad. SP= Sensor de presión. M= Manómetro. Página 2

3 Items incluidos en el suministro estándar 1 Equipo TGDEPC: Con este equipo se estudia e investiga tanto el comportamiento de un sistema de turbina de gas de eje doble para generación eléctrica, como el de un motor de reacción. Estructura de aluminio anodizado y acero, y paneles en acero pintado (pintura epoxi). Principales elementos metálicos en acero inoxidable. Diagrama en el panel frontal con distribución similar a la de los elementos en el equipo real. Turbina de Alta Presión, que es la Turbina de Generación de Gases, compuesta por: Compresor tipo radial. Cámara de combustión tipo tubular. Turbina de expansión. Número de revoluciones: rpm. Relación máxima de compresión: 2:1. Consumo máximo de combustible: 20 kg/hora. Turbina de Baja Presión (Turbina de Potencia): Número de revoluciones: rpm. Potencia eléctrica: Rango de medida: W. Generador (motor) asíncrono, controlado desde computador (PC); número de revoluciones: rpm. Conexión de la turbina de potencia y el generador por medio de un belt-drive ajustable. Funcionamiento como motor a reacción: Número de revoluciones turbina: rpm. Tobera de empuje, con sensor de fuerza. Medida del empuje: 0-50N. Ventilador de arranque, movido por un motor eléctrico, para la puesta en marcha de la turbina y barrido de gases. Este ventilador está controlado desde computador (PC). Silenciador de aspiración. Línea de gas combustible, compuesta por: Válvula para apertura o cierre de alimentación. Válvula de regulación de presión. Caudalímetro, tipo rotámetro: l./min. Electroválvula solenoide, controlada desde computador (PC). Inyector de gas. Electrodo de ignición, controlado desde computador (PC), alimentado por un transformador de encendido. Electrodo de ionización, controlado desde computador (PC), para detectar, en todo momento, que la llama está encendida, como medida de seguridad. Instalación de lubricación, compuesta por: Depósito de aceite de 5 l. Bomba de engranajes, controlada desde computador (PC), para impulsar el aceite hasta los rodamientos de ambos ejes de la turbina. Unidad de filtración. 2 Válvulas para regulación de la cantidad de aceite a suministrar a la turbina. Intercambiador de calor de placas para el enfriamiento del aceite de las turbinas. Conexiones para el suministro de agua. Filtro de aire. Salida de gases y silenciador de gases de escape. Sensores e instrumentación: 8 Sensores de temperatura de tipo K en las distintas etapas del proceso (rango de temperatura: º C): Temperatura del aire de entrada al compresor. Temperatura del aire de entrada a la cámara de combustión. Temperatura de gases de entrada a la turbina de generación. Temperatura de gases de entrada a la turbina de potencia. Temperatura de gases de escape. Temperatura de aceite de engrase de rodamientos. Temperatura de entrada del agua de refrigeración. Temperatura de salida del agua de refrigeración. 2 Sensores de velocidad para medir las rpm de cada turbina, rango de medida: rpm. 5 Sensores de presión, para la medida de: Presión de combustible (gas propano) a la entrada de la cámara de combustión, rango: 0-2 bar. Presión en la cámara de combustión, rango: 0-2 bar. Compresión de la turbina de generación de gases, rango: 0-2 bar. Presión a la entrada de la turbina de potencia, rango: 0-2 bar. Presión atmosférica, rango: mbar. 2 Sensores de caudal: 3 Aire de entrada, rango: m /h. 3 Gases de salida, rango: m /h. ESPECIFICACIONES 1 Sensor de fuerza, medida de empuje: 0-50N. 4 Manómetros, rango: 0-2 bar. 3 Presostatos. Caudalímetro ATEX para medir el consumo de gas en cada momento. Medida de corriente y de voltaje. Caja de maniobra con PLC, que incluye: Frontal con LEDs indicativos del estado del equipo. Display de control de la temperatura del aceite. Sistema de seguridad para prevenir fallos. Funcionamiento con propano. El equipo dispone de ruedas para facilitar su movilidad. Página 3 Equipo TGDEPC Continúa...

4 2 TGDEPC/CIB. Caja-Interface de Control: Caja-Interface de Control con diagrama del proceso en el panel frontal, con la misma distribución que los elementos en el equipo, para un fácil entendimiento por parte del alumno. Todos los sensores, con sus respectivas señales, están adecuadamente preparados para salida a computador de -10V. a 10V. Los conectores de los sensores en la interface tienen diferente número de pines (de 2 a 16) para evitar errores de conexión. Cable entre la caja-interface de control y el computador. Los elementos de control del equipo están permanentemente controlados desde el computador, sin necesidad de cambios o conexiones durante todo el proceso de ensayo. Visualización simultánea en el computador de todos los parámetros que intervienen en el proceso. Calibración de los sensores que intervienen en el proceso. Representación el tiempo real de las curvas de las respuestas del sistema. Almacenamiento de todos los datos del proceso y resultados en un archivo. Representación gráfica, en tiempo real, de todas las respuestas del sistema/proceso. Todos los valores de los actuadores pueden ser cambiados en cualquier momento desde el teclado, permitiendo el análisis de las curvas y respuestas del proceso completo. Todos los valores de los actuadores y sensores y sus respuestas se muestran en una misma pantalla en el computador. Señales protegidas y filtradas para evitar interferencias externas. Control en tiempo real con flexibilidad de modificaciones de los parámetros desde el teclado del computador, en cualquier momento durante el proceso. Control en tiempo real para bombas, compresores, resistencias, válvulas de control, etc. Control abierto permitiendo modificaciones, en cualquier momento y en tiempo real, de los parámetros que intervienen en el proceso simultáneamente. Tres niveles de seguridad, uno mecánico en el equipo, otro electrónico en la interface de control y el tercero en el software de control. 3 DAB. Tarjeta de Adquisición de Datos: Tarjeta de adquisición de datos PCI (National Instruments) para ser alojada en un slot del computador. Bus PCI. Entrada analógica: Número de Canales= 16 single-ended ó 8 diferenciales. Resolución=16 bits, 1 en Velocidad de muestreo hasta: 250 KS/s (Kilo muestras por segundo). Rango de entrada (V)= 10V. Transferencia de datos=dma, interrupciones, E/S programadas. Número de Canales DMA =6. Salida analógica: Número de Canales=2. Resolución=16 bits, 1 en Máx. velocidad de salida hasta: 833 KS/s. Rango de salida(v)= 10V. Transferencia de datos=dma, interrupciones, E/S programadas. Entrada/Salida Digital: Número de Canales=24 entradas/salidas. Frecuencia muestreo de los canales: 0 a 1 Mhz. Temporización: Contador/temporizadores=2. Resolución: Contador/temporizadores: 32 bits. 4 TGDEPC/CCSOF. Software de Control Adquisición de Datos Manejo de Datos: Compatible con los sistemas operativos Windows actuales. Simulación gráfica e intuitiva del proceso en pantalla. Compatible con los standards de la industria. Registro y visualización de todas las variables del proceso de forma automática y simultánea. Software flexible, abierto y multi-control, desarrollado con sistemas gráficos actuales de ventanas, actuando sobre todos los parámetros del proceso simultáneamente. Manejo, manipulación, comparación y almacenamiento de los datos. Velocidad de muestreo hasta datos por segundo. Sistema de calibración de los sensores que intervienen en el proceso. Permite el registro del estado de las alarmas y de la representación gráfica en tiempo real. Análisis comparativo de los datos obtenidos, posterior al proceso y modificación de las condiciones durante el proceso. Software abierto, permitiendo al profesor modificar textos, instrucciones. Passwords del profesor y del alumno para facilitar el control del profesor sobre el alumno, y que permite el acceso a diferentes niveles de trabajo. Este equipo permite que los 30 alumnos de la clase puedan visualizar simultáneamente todos los resultados y la manipulación del equipo durante el proceso usando un proyector o una pizarra electrónica. 5 Cables y Accesorios, para un funcionamiento normal. 6 Manuales: * ESPECIFICACIONES Items incluidos en el suministro estándar (continuación) Este equipo se suministra con 8 manuales: Servicios requeridos, Montaje e Instalación, Interface y Software de Control, Puesta en marcha, Seguridad, Mantenimiento, Calibración y manual de Prácticas. DAB TGDEPC/CCSOF Referencias 1 a 6: TGDEPC TGDEPC/CIB DAB TGDEPC/CCSOF Cables y Accesorios Manuales están incluidos en el suministro mínimo. Página 4 TGDEPC/CIB Continúa...

5 ESPECIFICACIONES Items adicionales y opcionales al suministro estándar PLC. Control Industrial usando PLC (7 y 8): 7 PLC-PI. Módulo PLC: Diagrama del circuito en el panel frontal. Panel frontal: Bloque de entradas digitales (X) y salidas digitales(y): 16 entradas digitales, activadas por interruptores y 16 LEDs de confirmación (rojos). 14 salidas digitales (a través de conector SCSI) con 14 LEDs de aviso (verdes). Bloque de entradas analógicas: 16 entradas analógicas (-10V. a 10V.)( a través de conector SCSI). Bloque de salidas analógicas: 4 salidas analógicas (-10V. a 10V.)(a través de conector SCSI). Pantalla táctil: Alta visibilidad y múltiples funciones. Funciones de recetas, display gráfico y mensajes desplazables. Listado de alarmas. Función multilenguaje. Fuentes True type. Panel trasero: Conector de suministro eléctrico. Fusible de 2A. Conector RS-232 a Computador (PC). Conector USB 2.0 a Computador (PC). Interior: Salidas: 24 Vcc, 12 Vcc, -12 Vcc, 12 Vcc variable. PLC Panasonic: Alta velocidad de procesos de 0,32 s. por instrucci ón básica. Capacidad de programa de 32 K pasos. Entrada de alimentación (100 a 240 V CA). Entrada CC: 16 (24 V CC). Salida relé: 14. Contador de alta velocidad. Control PID multi-punto. Módulos Panasonic de entradas/salidas digitales y entradas/salidas analógicas. Cable de comunicación RS232 a computador (PC). 8 TGDEPC/PLC-SOF. Software de Control del PLC: Para este equipo en particular, siempre incluido con el suministro del PLC. PLC-PI Items disponibles bajo petición 9 TGDEPC/CAL. Software de Aprendizaje Asistido desde Computador (Cálculo y Análisis de Resultados). 10 TGDEPC/FSS. Sistema de Simulación de Fallos. Página 5

6 Sistema EDIBON de Control desde Computador Principales Pantallas del Software Pantalla Principal Nota: ST= Sensor de temperatura. SC= Sensor de caudal. SP= Sensor de presión. SV= Sensor de velocidad. SF: Sensor de fuerza. Ejemplos de Pantallas de Calibración de los Sensores Página 6 Continúa...

7 Sistema EDIBON de Control desde Computador (continuación) Algunos resultados de ejercicios típicos Pulsando en TURBINE STATUS el software muestra la siguiente pantalla, detallando los siguientes datos y estados: MODES: Indica el modo de funcionamiento de la turbina. STEPS: Muestra, en tiempo real, los diferentes pasos en el proceso de arranque de la turbina. STATUS: Indica el estado de la turbina. ALARMS: Indica las anomalías durante el funcionamiento normal de la turbina. Representación, en tiempo real, de los sensores durante el funcionamiento del equipo. Página 7 Continúa...

8 Sistema EDIBON de Control desde Computador (continuación) Algunos resultados de ejercicios típicos Representación del proceso de parada de turbina. Página 8

9 Algunas Posibilidades Prácticas del Equipo: 1.- Estudio del funcionamiento de una turbina de gas. 2.- Determinación del rendimiento de una turbina de gas. 3.- Determinación del punto de operación del compresor. 4.- Estudio del funcionamiento de una turbina de gas como motor de reacción (jet engine). 5.- Funcionamiento con turbina de potencia. 6.- Determinación del consumo de combustible. 7.- Eficiencia térmica. 8.- El ciclo estándar del aire. 9.- Balance de calor Relación (ratio) de trabajo Relación (ratio) de presión Pérdidas de presión Relación (ratio) de aire y de combustible Eficiencia de la combustión Registro de la curva característica de la turbina Determinación de la eficiencia del compresor Determinación de la eficiencia de la turbina de alta presión Determinación de la eficiencia de la turbina de salida (baja presión) Medidas de temperaturas Potencia de salida de la turbina efectiva Sistemas de seguridad en el funcionamiento de una turbina de gas Medida del empuje. Otras posibles prácticas: 23.- Calibración de los sensores. Prácticas para ser realizadas con el Módulo PLC (PLC-PI) Software de Control del PLC: EJERCICIOS Y POSIBILIDADES PRÁCTICAS 24.- Control del proceso del equipo TGDEPC a través de la interface de control, sin el computador Visualización de todos los valores de los sensores usados en el proceso del equipo TGDEPC Calibración de todos los sensores incluidos en el proceso del equipo TGDEPC Manejo de todos los actuadores que intervienen en el proceso del equipo TGDEPC Realización de diferentes experimentos, de forma automática, sin tener delante el equipo. (Este experimento puede ser decidido previamente) Simulación de acciones externas en los casos en que no existan elementos hardware. (Por ejemplo: test de depósitos complementarios, entorno industrial complementario al proceso a estudiar, etc.) Uso general y manipulación del PLC Aplicación del proceso del PLC para el equipo TGDEPC Estructura del PLC Configuración de las entradas y salidas del PLC Posibilidades de configuración del PLC Lenguajes de programación del PLC Diferentes lenguajes standard de programación del PLC Nueva configuración y desarrollo de nuevos procesos Manejo de un proceso establecido Observar y ver los resultados y realizar comparaciones con el proceso del equipo Posibilidad de crear nuevos procesos relacionados con el equipo TGDEPC Ejercicios de programación del PLC Aplicaciones del PLC propias de acuerdo con las necesidades del profesor y del alumno. POSIBILIDADES DE OTRAS EXPANSIONES DISPONIBLES 11 Expansión 1: Técnica de Expansión 2: Enseñanza usada Mini ESN. Sistema Multipuesto EDIBON Mini Scada-Net Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción (TGDEPC) Caja- Interface de Control 1 EQUIPO = 30 ALUMNOS pueden trabajar simultáneamente Software de Control desde Computador: Control Adquisición de Datos Manejo de Datos Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción (TGDEPC) (1) 12 Turbina de Vapor (TTVC) ESN. Sistema Multipuesto EDIBON Scada-Net (1) Turbina de Gas de Flujo Axial/Motor de Reacción (TGFAC) PLC PLC PLC PLC PLC (1) (1) CENTRAL PLC Banco de Ensayos para Motores de 1 Cilindro y 2 Cilindros, 11 kw (TBMC12) Unidad de Comprobación del Rendimiento de Toberas (TFTC) (1) n Cualquier otro equipo controlado desde computador adicional n (1)Interface de Control n PLC Técnica de Enseñanza usada Computador Central 30 Puestos de Alumno del Profesor RED LOCAL CONTROL ABIERTO MULTI CONTROL CONTROL EN TIEMPO REAL MULTIPUESTO Software Mini Scada-Net Nota: El sistema Mini ESN puede ser usado con cualquier equipo EDIBON controlado desde computador (PC). CONTROL ABIERTO MULTI CONTROL CONTROL EN TIEMPO REAL MULTIPUESTO SISTEMAS MULTICONTROL EN TIEMPO REAL SCADA COMPUTADOR Opción 30 Puestos de Alumno CENTRAL RED LOCAL ETDL SISTEMA EDIBON DE ENSEÑANZA TÉCNICA A DISTANCIA 30 alumnos pueden trabajar al mismo tiempo Nota: El sistema ESN puede ser usado con cualquier equipo EDIBON controlado desde computador (PC). INFORMACIÓN DE PEDIDO Items incluidos en el suministro estándar Items adicionales y opcionales al suministro estándar La configuración mínima para un funcionamiento normal incluye: 1 Equipo: TGDEPC. Turbina de Gas de Dos Ejes/Motor de Reacción. 2 TGDEPC/CIB. Caja-Interface de Control. 3 DAB. Tarjeta de Adquisición de Datos. 4 TGDEPC/CCSOF. Software de Control Adquisición de Datos Manejo de Datos. 5 Cables y Accesorios, para un funcionamiento normal. 6 Manuales. *IMPORTANTE: Bajo TGDEPC nosotros siempre suministramos todos los elementos para un inmediato funcionamiento: 1, 2, 3, 4, 5 y 6. PLC. Control Industrial usando PLC (7 y 8): 7 PCL-PI. Módulo PLC. 8 TGDEPC/PLC-SOF. Software del Control del PLC. 9 TGDEPC/CAL. Software de Aprendizaje de Asistido desde Computador (Calculo y Análisis de Resultados). (Disponible bajo petición). 10 TGDEPC/FSS. Sistema de Simulación de Fallos. (Disponible bajo petición). Expansiones 11 Mini ESN. Sistema Multipuesto EDIBON Mini Scada-Net. 12 ESN. Sistema Multipuesto EDIBON Scada-Net. Página 9

10 SERVICIOS REQUERIDOS - Suministro eléctrico: trifásico, 380V./50Hz ó 220V./60Hz. - Suministro de agua de la red (min. 3 l./min.). - Desagüe. - Propano 1,5-2,5 bar. - Extractor para la expulsión de los gases de escape. - Computador (PC). DIMENSIONES Y PESOS TGDEPC: Equipo: -Dimensiones: 2500 x 700 x 1800 mm. aprox. -Peso: 250 Kg. aprox. Caja-Interface de Control: -Dimensiones: 490 x 330 x 310 mm. aprox. -Peso: 10 Kg. aprox. Módulo PLC (PLC-PI): -Dimensiones: 490 x 330 x 310 mm. aprox. -Peso: 30 Kg. aprox. Especificaciones sujetas a cambio sin previo aviso, debido a la conveniencia de mejoras del producto. * REPRESENTANTE: C/ Del Agua, 14. Polígono Industrial San José de Valderas LEGANÉS. (Madrid). ESPAÑA. Tl.: FAX: edibon@edibon.com WEB site: Edición: ED01/13 Fecha: Mayo/2013 Página 10