Trabajo Final

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

ELECTRÓNICA

“PROPUESTA DE INSTRUMENTACIÓN DE UN PROCESO DE CONTROL DE TANQUES PARA EL SUMINISTRO DE AGUA”

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

AUTOR:

Erick Jesús Rodríguez Dávila

DOCENTE:

Ing. Saúl Linares Vértiz

TRUJILLO - PERÚ

2015

PROPUESTA DE INSTRUMENTACIÓN DE UN PROCESO DE CONTROL DE TANQUES PARA EL SUMINISTRO DE AGUA

1. INTRODUCCIÓN

En muchos procesos de la industria se realiza el suministro de agua mediante tanques dispensadores de las cuales es importante mantener constante una presión del flujo del líquido para que se pueda realizar los diferentes procesos que dependen de estos.

Todo proceso industrial es importante la supervisión y el control de las variables como los sensores de nivel, sensores de presión y de los variadores de velocidad. Para comprobar los valores o actuar sobre el proceso cuando sea necesario.

Todo proceso debe poseer un plano de instrumentación del proceso y un plano eléctrico del tablero de control, el cual debe estar disponible en todo momento en el tablero de control, para ser utilizado cuando se requiera actuar sobre el proceso.

El presupuesto a considerar debe ser el mínimo utilizando dispositivos que cumplan con su funcionamiento y que tengan un alto rendimiento de operación sin gastar recursos del equipo.

2. EXPLICACIÓN DEL PROCESO

Se tienen 4 cisternas de 6 metros de profundidad cada una, la cual está siendo abastecida de agua de un proceso anterior. Se tiene 2 electrobombas de 15 HP cada una para las dos primeras cisternas, las otras 2 cisternas están controladas mediante 1 electrobomba de 20 HP con dos electroválvulas para seleccionar la cisterna a trabajar. De estas cisternas se obtendrá el suministro de agua hacia una sola tubería para suministrar otro proceso, debe mantener una presión de agua constante a 20 PSI, la cual va a estar supervisada mediante un transmisor de presión. Para realizar este control de la presión de agua se debe controlar el suministro de agua a la tubería mediante variadores de velocidad para cada electrobomba.

El control de proceso se realizará mediante un protocolo de bus de campo HART los cuales se mantendrá la lectura y la configuración de parámetros a distancia de los transmisores e indicadores de nivel (Ultrasonido) y el de presión. El cual estará comunicado mediante el plc s7-300 y el módulo HART ET-200M, sabiendo estos parámetros se indicará a los variadores de velocidad mediante salidas analógicas la velocidad para suministrar agua que deben tener las electrobombas para mantener la presión en la tubería final de 4 pulgadas a 20 PSI.

3. TABLA DE REQUERIMIENTOS DE HARDWARE

Tabla N° 3.1. Tabla de Requerimientos de la Cisterna 1

N° Descripción Qty. Marca Referencia Caract.1 Sensor

ultrasónico1 Siemens SITRANS PROBE LU 6

Modelo: 7ML5221-2BA11

Rango: 6m.

2 Electrobomba 1 Berkeley Bomba centrífuga K3L- C11511M

Potencia: 15 HPAlimentación: 3/60/230 - 460V

3 Variador de VelocidadSINAMICS G120 – PM240

1 Siemens 6SL3224-0BE31-1UA0

Potencia:15 HP-Alimentación:380-480V

4 Guarda motor 1 Schneider GV2P22 Potencia: 15 HPAlimentación: 380-480V

Tabla N° 3.2. Tabla de Requerimientos de la Cisterna 2


ultrasónico1 Schneid

er XX930A3A2M12

Hasta 8m.

2 Electrobomba 1 Berkeley

Bomba centrífuga K3L-C11511M

15 HP-3/60/230 - 460V




4 Guarda motor 1 Schneider

GV2P22 15 HP

Tabla N° 3.3. Tabla de Requerimientos de la Cisterna 3 y 4


ultrasónico1 Siemens SITRANS

PROBE LU 6Modelo: 7ML5221-2BA11

Rango: 6m.

2 Electrobomba 1 Berkeley Bomba centrífuga K3L-

20 HP 3/60/230 - 460V

C11511N3 Variador de

Velocidad SINAMICS G120 – PM240


20 HP280-480V

4 Electroválvulas solenoide 2” EV220B

2 Danfoss 032U5850 Servoaccionada. 2 pulgadas. 0.13-16bar

5 Guarda motor 1 Schneider GV2P32 20 HP

Tabla N° 3.4. Tabla de Requerimientos para la Tubería Principal

N° Descripción Qty. Marca Referencia Caract.

1 Transmisor de Presión de agua

1Siemens

7MF4033-1DA60-1AC6

20 PSIHARTIndicador LCD

Tabla N° 3.3. Tabla de Requerimientos del Tablero de Control

N° Descripción Qty. Marca Referencia Caract.1 Controlador

SIMATIC s7-300 CPU 314

1 Siemens 6ES7 314-1AG14-0AB0

24 VDC128kb memoria

2 Módulo de entradas analógicas s7-300

1 Siemens 6ES7231-4HD32-0XB0

4 AI

3 Módulo de salidas digitales s7-300

1 Siemens 6ES7232-1HDF01-0AA0

8 DO 2A

4 Fuente PS307 10A

1 Siemens 6ES7307-1KA02-0AA0

Input: 120/230 VOutput: 24 VDC 10A

5 Periferia SIMATIC ET-200M

1 Siemens 6ES7153-2BA02-0XB0

Para comunicación HART

6 Micro Memory Card S7-300/C7/ET 200S

1 Siemens 6ES7953-8LL31-0AA0

2 MB

7 Conector frontal de 20 polos

3 Siemens 6ES7392-1AJ00-0AA0

20 polos conexión con resorte.

8 HMI SIMATIC KTP700 Basic

1 Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0

7” Color

9 Interruptor Tripolar ic60h

1 Schneider A9F84363 In(A):63IEC60898-1 400VAC

4. DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO

5. PRESUPUESTO

N° Descripción Qty. Marca Referencia Caract. S/1 Sensor



Rango: 6m. 14697.6

2 Electrobomba 1 Berkeley Bomba centrífuga K3L- C11511M

Potencia: 15 HPAlimentación: 3/60/230 - 460V

8010.5




7176.8

4 Guarda motor 1 Schneider GV2P22 Potencia: 15 HPAlimentación: 380-480V

739.8

5 Sensor ultrasónico

1 Schneider XX930A3A2M12

Hasta 8m. 4231.90

6 Electrobomba 1 Berkeley Bomba centrífuga K3L-C11511M

15 HP-3/60/230 - 460V

8010.5




7176.8

8 Guarda motor 1 Schneider GV2P22 15 HP 739.89 Sensor



Rango: 6m. 14697.6

10 Electrobomba 1 Berkeley Bomba centrífuga K3L-C11511N

20 HP 3/60/230 - 460V

8135.78

11 Variador de Velocidad SINAMICS G120 – PM240


20 HP280-480V

8618.72

12 Electroválvulas solenoide 2” EV220B

2 Danfoss 032U5850 Servoaccionada. 2 pulgadas. 0.13-16bar

5264

13 Guarda motor 1 Schneider GV2P32 20 HP 621

14Transmisor de Presión de agua

1 Siemens7MF4033-1DA60-1AC6

20 PSIHARTIndicador LCD

1794.20

15 Controlador SIMATIC s7-300 CPU 314

1 Siemens 6ES7 314-1AG14-0AB0

24 VDC128kb memoria

4753.04

16 Módulo de 1 Siemens 6ES7231- 4 AI 1261

entradas analógicas s7-300

4HD32-0XB0

17 Módulo de salidas digitales s7-300

1 Siemens 6ES7232-1HDF01-0AA0

8 DO 2A 1230.74

18 Fuente PS307 10A

1 Siemens 6ES7307-1KA02-0AA0

Input: 120/230 VOutput: 24 VDC 10A

1432.52

19 Periferia SIMATIC ET-200M

1 Siemens 6ES7153-2BA02-0XB0

Para comunicación HART

3136.44

20 Micro Memory Card S7-300/C7/ET 200S

1 Siemens 6ES7953-8LL31-0AA0

2 MB 2075.62

21 Conector frontal de 20 polos

3 Siemens 6ES7392-1AJ00-0AA0

20 polos conexión con resorte.

480

22 HMI SIMATIC KTP700 Basic

1 Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0

7” Color 4938.3

23 Tablero de control

1 Material latón e instalación.

2000

24 Mano de obra 1 88978.128TOTAL

200200.788

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y ENLACES WEB

SCHNEIDER. (2015). Lista de Precios 2015. SIEMENS. (2015). Lista de Precios 2015.

7. ANEXOS

7.1. Transmisor Ultrasónico SITRANS Probe LU 6 (HART)

Figura N°7.1. SITRANS Probe Lu 6

Tabla N°7.1. Especificaciones Técnicas SITRANS Probe LU 6

Inputs Rango: 0.25 – 6m Frecuencia: 54 khzOutputs 4 – 20 mA HART Profibus

Indicador LCD displayPrecisión +- 0.02 mA

Resolución <= 3 mmAncho de haz 5 cmAlimentación 24 VDC

Marca Siemens

7.2. TRANSMISOR DE PRESIÓN SITRANS P DS III

Figura N°7.2. SITRANS P DS III.

Tabla N°7.2. Especificaciones Técnicas SITRANS P DS III.

Inputs Rango: 0.16/16barOutputs 4 – 20 mA HART Profibus

Indicador LCD displayPrecisión 0.075%

Alimentación 24 VDCMarca Siemens

7.3. VARIADOR DE VELOCIDAD MODULAR SINAMICS G120

Figura N°7.3. Variador de velocidad modular SINAMICS G120, tamaño FSC, con su Power Module, Control Unit CU240E-2F y Basic Operator Panel BOP-2.

Tabla N°7.3. Especificaciones Técnicas SINAMICS G120

Potencia 15 HPAplicación Aplicación generalProtección IP20Indicador LCD displayReferencia 6SL3224-0BE31-1UA0

Alimentación 380-480vTipo Conversor de frecuencia-voltaje y modular, propenso a ser

escalable según el proceso.Tamaño FSC (H334-L189-P185mm)Marca Siemens

Dimensiones:

334 mm

185 m

189 mm

Figura N°7.4. Variador de velocidad modular SINAMICS G120, tamaño FSD, con su Power Module, Control Unit CU240E-2F y Basic Operator Panel BOP-2

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas SINAMICS G120 FSDPotencia 20 HP

Aplicación Aplicación generalProtección IP20Indicador LCD displayReferencia 6SL3224-0BE31-5UA0

Alimentación 380-480vTipo Conversor de frecuencia-voltaje y modular, propenso a ser

escalable según el proceso.Tamaño FSD (H419-L275-P204mm)Marca Siemens

Dimensiones:

419 mm

204 mm

275 mm

7.4. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE SIMATIC S7-300

Figura N°7.5. SIMATIC S7-300 CPU-314C 2DP

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas SIMATIC S7-300 CPU-314C 2DPMemoria 128 Kbytes

Instrucciones 42 KMemoria Requerie Micro Memoria Card

Interfaces de Comunicación

1xMPI + 1xDP

Referencia 6ES7314-6CH04-0AB0Alimentación 24 VDC

Tipo ModularTamaño H: 125mm A: 120 mm P:180mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

180 mm

120 mm

7.5. FUENTE PD FORMATO TIPO S7-300

Figura N°7.5. Fuente PD formato tipo S7-300

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas Fuente PDFuente PS307

Corriente 10 AAlimentación 120/230 VAC

Referencia 6ES7307-1KA02-0AA0Salida 24 VDC

Tamaño H: 125mm A: 80 mm P:120mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

120 mm

80 mm

7.6. MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES S7-300

Figura N°7.5. Módulo de salidas digitales SM322

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas Módulo de salidas digitales SM322Fuente SM322

Corriente 2ARequerimiento Requiere conector frontal de 20 polos

Referencia 6ES7322-1HF01-0AA0Salida 8 DO, 24 VDC,relé

Tamaño H: 125mm A: 80 mm P:120mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

120 mm

80 mm

7.7. PERIFERIA SIMATIC ET-200M

Figura N°7.5. SIMATIC ET-200M

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas Simatic ET-200MFuente ET-200M

Corriente 2AReferencia 6ES7153-2BA02-0XB0

Salida Modular, máx 12 módulosTamaño H: 125mm A: 80 mm P:120mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

120 mm

80 mm

7.8. MÓDULO DE ENTRADAS ANLÓGICAS S7-300

Figura N°7.5. Módulo de entradas analógicas SM331

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas SM331Fuente SM331Input 2AI

Referencia 6ES7153-7KB02-0AB0Requiere Conector 20 polosTamaño H: 125mm A: 80 mm P:120mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

120 mm

80 mm

7.9. MÓDULO DE SALIDAS ANLÓGICAS S7-300

Figura N°7.5. Módulo de entradas analógicas SM332

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas SM332Fuente SM332Input 4AO

Referencia 6ES7332-5HD01-0AB0Requiere Conector frontal 20 polosTamaño H: 125mm A: 80 mm P:120mmMarca Siemens

Dimensiones:

125 mm

120 mm

80 mm

7.10. SIMATIC HMI KTP700

Figura N°7.5. SIMATIC HMI KTP700

Tabla N°7.4. Especificaciones Técnicas HMI KTP700Fuente KTP700

Alimentación 24VDCReferencia 6AV2123-2GB03-0AX0

Características Pantalla TFT 7”,mando por teclas y táctilTamaño H: 158mm A: 214 mm P:45mmMarca Siemens

Dimensiones:

158 mm

45 mm

214 mm

8. DIMENSIONAMIENTO DEL TABLERO DE CONTROL

Teniendo en cuenta todas las dimensiones que se ubican en el tablero de control se realiza el esquema y se obtiene las dimensiones necesarias. El HMI se fijará en la tapa del tablero según sus dimensiones.

INTERRUPTOR TRIPOLAR:

Dimensiones:

77 mm

70 mm

54 mm

GUARDA MOTOR:

Dimensiones:

80 mm

97 mm

81 mm

ESQUEMA INTERNO DEL TABLERO:

Figura N°8.1. Dimensiones del tablero de control, altura: 1247.83mm, ancho: 956.52mm, profundidad 243.58mm. La Tapa del tablero irá el HMI según sus dimensiones.

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