ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y

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 12/02/10 1

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

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

INTRODUCCION -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 año 1973 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 -3 f, Sincronizador de línea, alternador, virador Governor marca Woodward modelo UG 40 -D. 4

PROCESO DE GENERACIÓN 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. 5

DESCRIPCION FUNCIONAL Esquema modular del sistema de generación 6

DESCRIPCION FUNCIONAL FILTRO DE AIRE 7

DESCRIPCION FUNCIONAL 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. 8

DESCRIPCION FUNCIONAL HEATER 9

DESCRIPCION FUNCIONAL 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 10

DESCRIPCION FUNCIONAL 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 11

DESCRIPCION FUNCIONAL AVR: Regulador Automático de Voltaje Colocar el Interruptor de Excitación en ON. Si la velocidad supera el 90% el relé KR 130 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. 12

DESCRIPCION FUNCIONAL 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. 13

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

DESCRIPCION FUNCIONAL Tablero de control del motor CODIGO 1 HS 1 1 HS 2 1 HS 4 1 HS 5 1 HS 7 2 HS 3 2 HS 4 2 HS 6 2 HS 7 2 HS 8 5 HS 1 6 HS 1 7 HS 1 8 HS 1 10 HS 1 11 HS 1 15 HS 1 1 HS 3 3 HS 1 NOMBRE Auxiliaries On (pulsador) Motor Start-Up (luz piloto) Reset alarm (pulsador) Reset Horn (pulsador) Fuel Oil (LFO/HFO) (selector) Exitatriz (ON/OFF) (selector) Voltaje (+/-) (pulsadores) Frecuencia (+/-) (pulsadores) Start Coupling (pulsador) Hands Out Alarm (pulsador) Alternador Lub. Oil Pump (selector) Radiatores ( Man/Auto) (selector) Balancín Pump (Man/Auto) (selector) Water Lake Pump (Man/Auto) (selector) Virador Command (On /Off) (selector) Heater (On /Off) (selector) Test Lamp (pulsador) Motor Stop Paro de Emergencia 15

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

DESCRIPCION FUNCIONAL Tablero de Tratamiento de aceite: LO Separador 17

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

DESCRIPCION FUNCIONAL Tablero de Radiadores Compuesto por los equipos de maniobra y protección de 6 ventiladores con un total de 28. 3 KW. 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 19

DESCRIPCION FUNCIONAL Tablero de Tratamiento de Combustible 20

DESCRIPCION FUNCIONAL Tablero de Módulo de Combustibles Booster Module. 21

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

DESCRIPCION FUNCIONAL 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. 23

HARDWARE SENSORES 24

HARDWARE SENSORES VARIABLES SENSOR SET ALARMA COMENTARIO Equipo: MOTOR DIESEL-BUNKER PIELSTICK X GRUPO Velocidad PICK- UP+ del motor controlador No llego a cumplir 400 R. P. M. en 30 segundos 400 R. P. M. shutdown 514 R. P. M. 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 pulmón Switch de presión 7 -10 bar 5 bar Baja presión de suministro de Aire 2. 5 - 3 m 3/h 2 m 3/hr Valor mínimo de flujo solo alarma - - Flujo en Camisas con bajo Flujo de Agua Switch de Flujo Presión de aire en el filtro de aire Switch de presión diferencial Temperatura Termocupla Tipo Cilindro No 1ª K Temperatura Bancada No 1 RTD PT 100 450 - 500ºC Alarma por alta temp. En cilindro 1 A 90 ºC 70 - 80ºC Alarma Disparo por muy alta temp. Bancada No 1 Alarma por alta temp. Bancada No 1 25

HARDWARE SENSORES VARIABLE S SENSOR SET ALARMA COMENTARIO Equipo: MOTOR DIESEL-BUNKER PIELSTICK X GRUPO Temperatura Entrada del aire de admisión a cilindros derecho Temperatura Salida del turbo Temperatura de Entrada gases de escape No 1 del Turbo A Temperatura de Entrada gases de escape No 2 del Turbo A Temperatura de Entrada gases de escape No 1 del Turbo B Presión de Ingreso de Aceite Lubricante Alarma de Alta Temperatura RTD PT 100 40 -50 ºC RTD PT 100 120 -130 ºC Alarma de muy Alta Temperatura 610 ºC Alarma de muy Alta Temperatura Alarma por alta temp. de turbo No 1 A Termocupla Tipo K 500 -600ºC Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 A Termocupla Tipo K 500 -600ºC Alarma por alta temp. de turbo No 1 A Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 A 610 ºC Alarma por alta temp. de turbo No 1 B Termocupla Tipo K 500 -600ºC Switch de Presión 5 -6 Bar Alarma por muy alta temp. de turbo No 1 B 2. 8 Bar Alarma por Baja Presión de Aceite 26

HARDWARE PLC Y MULTIPANEL TABLERO DE PANTA ELÉCTRICA (MLFB) CODIGO FABRICANTE DESCRIPCION MARCA CANTIDAD 6 AV 6 643 -0 CD 01 -1 AX 1 Multi Panel MP 277 de 10" SIEMENS 1 6 AV 6 671 -1 CB 00 -0 AX 1 Simatic Compact Flash 128 Mb SIEMENS 1 6 EP 1334 -3 BA 00 Power Suply SITOP de 10 A 24 Vdc SIEMENS 1 6 ES 7315 -2 AG 10 -0 AB 0 PLC - CPU 315 - 2 DP SIEMENS 1 6 ES 7953 -8 LM 11 -0 AA 0 MMC 4 Mb SIEMENS 1 6 GK 7 343 -1 CX 10 -0 XE 0 CP 343 -1 LEAN Ethernet Module SIEMENS 1 6 ES 7321 -1 BH 02 -0 AA 0 SM 321 16 DI / 24 Vdc Module SIEMENS 11 6 ES 7322 -1 BH 01 -0 AA 0 SM 322 16 DO / 24 Vdc Module SIEMENS 4 6 ES 7331 -7 KF 02 -0 AB 0 SM 331 8 AI / +/-10 V/ 4 -20 m. A Module SIEMENS 10 6 ES 7153 -1 AA 03 -0 XB 0 IM 153 for ET 200 M Module SIEMENS 3 27

HARDWARE MULTIPANEL 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 Características técnicas Memoria Variables Pantallas Mensajes desplegados Multipanel 270 inox 6 Mbyte 2048 500 4000 28

HARDWARE PLC S 7 -300 § La capacidad de esta CPU viene dada en la siguiente lista: § 16 K de instrucciones. § - 1024 Bytes E/S Digitales § - 128 Bytes E/S Analógicas § - 0, 3 ms / 1 K Instrucciones 29

HARDWARE PLC S 7 -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 30

HARDWARE PLC S 7 -300 31

HARDWARE Red de comunicación Las IM o ET se conectan median PROFIBUS 485 EQUIPO CPU 315 DP-2 IM 135 -1 DIRECCION 1 2 3 4 El multipanel se conecta por MPI y tiene dirección 1 32

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

SOFTWARE 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 34

SOFTWARE Programa de automatización del grupo de generación eléctrica El programa de control fue dividido para el mejor desarrollo de las tareas de control, posee: un Bloque principal (OB 1), un Bloque de arranque (OB 100), 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. 35

DISEÑO DE HMI 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 36

DISEÑO DE HMI 37

DISEÑO DE HMI 38

DISEÑO DE HMI 39

DISEÑO DE HMI 40

DISEÑO DE HMI 41

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. 20/01/10 42

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 20/01/10 43

PRUEBAS Y RESULTADOS SENSOR MEDIDA 1 CALIBRAD VARIABLES Descripcion OR MEDIDA 2 MULTIPANEL CALIBRADOR MULTIPA NEL Temperatura de Bancada Anclaje RTD PT 100 Interior 90 ºc 140 ºc Temperatura de Bancada Anclaje RTD PT 100 Exterior 90 ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 1 RTD PT 100 90 ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 2 RTD PT 100 90 ºc 140 ºc Temperatura de Bancada No 3 RTD PT 100 90 ºc 140 ºc Temperatura de Cilindro Termocupla No 6 B Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Cilindro Termocupla No 7 B Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Cilindro Termocupla No 8 B Tipo K 100 ºc 150 ºc Temperatura de Entrada de Gases 100 ºc 150 ºc Termocupla Tipo K 20/01/10 44

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 20/01/10 45

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. 20/01/10 46

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES § Datos Técnicos de los Equipos, equipos de automatización, autómata SIMATIC S 7 -300, panel de operación MP-77, I-O de campo ET-200 M equipos de maniobra, protección e instrumentación, se compruebe detalladamente su concatenación, con el fin de que su funcionamiento sea perfecto. 20/01/10 47

GRACIAS POR SU ATENCION 20/01/10 48