Bombeo de agua en una mina

Proyecto final

Automatización industrial

PARÁMETRO GENERAL.

Diseñar y dimensionar un sistema de automatización aplicado a un proceso de fabricación industrial, el cual cuente con controladores, redes de comunicación y un sistema SCADA.

1. Descripción del proceso. 

El proceso a ser automatizado y controlado, es el bombeo de agua de una mina, este proceso tiene 2 partes, el bombeo de agua limpia y el bombeo de agua turbia, además de estos 2 subprocesos se puede dividir cada uno de estos en 4 niveles, estos están a diferentes alturas, siendo el primer nivel la superficie, es decir 0 metros, el segundo nivel se encuentra a 80 metros, el tercero a 165 metros y finalmente el cuarto a 305 metros.

Cada el primer nivel es básicamente para acumular el agua extraída desde los niveles inferiores, los otros 3 niveles son muy similares ya que cuentan con los mismos elementos, y sus funcionamientos también son similares, estos serán descritos a continuación:

Nivel 4.

Para el tanque TK0 las bombas (B1, B2, B3 y B4) así como válvula V101. Para el tanque TK5 las bombas (B15, B16, B17 y B18) y su válvula V102. Se deberá tener la siguiente secuencia:

- Activar la válvula y la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 10 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 7 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 4 segundos activar la bomba siguiente.

Las 4 bombas y la válvula se activarán en los siguientes casos:

- Mientras el nivel del tanque al que correspondan no sea menor a 15% (configurable por SCADA).

- Cuando el nivel del tanque del nivel superior no sea mayor a 95% (configurable por SCADA) o mientras no se haya llegado al nivel máximo de alarma, determinado por LS201 en agua clara o LS202 en agua turbia.

Nivel 3.

Para el tanque TK1 las bombas (B5, B6, B7 y B8) así como válvula V201. Para el tanque TK6 las bombas (B19, B20, B21 y B22) y su válvula V202. Se deberán tener la siguiente secuencia:

- Activar la válvula y la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 10 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 7 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 4 segundos activar la bomba siguiente.

Las 4 bombas y la válvula se activarán en los siguientes casos:

- Mientras el nivel del tanque al que correspondan no sea menor a 15% (configurable por SCADA).

- Cuando el nivel del tanque del nivel superior no sea mayor a 95% (configurable por SCADA) o mientras no se haya llegado al nivel máximo de alarma, determinado por LS301 en agua clara o LS302 en agua turbia.

Nivel 2.

Para el tanque TK2 las bombas (B9, B10, B11 y B12) así como válvula V301. Para el tanque TK7 las bombas (B19, B20, B21 y B22) y su válvula V302. Se deberán tener la siguiente secuencia:

- Activar la válvula y la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 10 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 7 segundos activar la bomba siguiente.

- Pasado un tiempo de 4 segundos activar la bomba siguiente.

Las 4 bombas y la válvula se activarán en los siguientes casos:

- Mientras el nivel del tanque al que correspondan no sea menor a 15% (configurable por SCADA).

- Cuando el nivel del tanque del nivel superior no sea mayor a 95% (configurable por SCADA) o mientras no se haya llegado al nivel máximo de alarma, determinado por LS401 en agua clara.

Nivel 1.

Para el tanque TK3, se deberá monitorear el nivel con LTI401.

- Cuando el nivel del tanque se encuentre en un rango de 10 a 50 % se deberá activar la válvula V401 y después de 10 segundos la bomba B13.

- Cuando el nivel del tanque sea mayor a 50% se deberá activar la válvula V402 y después de 10 segundos la bomba B14.

Para el tanque TK4, se deberá monitorear el nivel con LTI402 y registrar los datos en el sistema SCADA. Cuando el nivel del tanque llegue a un porcentaje máximo (configurable por SCADA) se deberán parar las bombas B13 y B14 junto con sus válvulas correspondientes.

Para el tanque TK8, se deberá monitorear el nivel con LTI501 y registrar los datos en el sistema SCADA.

1. Descripción solución general del sistema de control.

El sistema de control que se implementara en la mina consta de 5 PLCs, con distintos módulos que se mencionaran más adelante ya que se utilizara uno para cada nivel, y uno para poder controlar todos, como si este fuera el maestro.

1. Dimensionamiento del sistema. 

- Instrumentación. 

En cuanto a la instrumentación necesaria son indispensables los sensores que se especificó en el desarrollo del proceso de cada nivel, es así que serán necesarios 9 sensores de nivel continuo (LTI) y 8 switches de nivel de alarma (LS), para la implementación del sistema de control, para los dos procesos y los 4 niveles del proceso general.

- Equipos y elementos de pre – accionamiento y accionamiento final. 

Por otro lado, los accionadores y pre accionadores son otra parte fundamental, por lo que se necesitaran diferentes válvulas y bombas con un arranque estrella-delta con sus respectivos contactores, en total son necesarias 8 válvulas de apertura y 26 bombas ya mencionadas.

- Controlador principal (PLC) y sistemas distribuidos. 

Los controladores que se utilizaran son los que usamos para proyectos anteriores, es decir PLCs de la serie S7-1200, específicamente el modelo CPU 1215 DC/ DC/ DC, V4.2, se utilizaran 5 de estos idealmente, pero se puede realizar simplemente con de estos.

En cuanto a los módulos que se planean utilizar son 2 para cada PLC, estos son:

        - Modulo combinado E/S digitales 16DI/16DO (transistor)

        - Modulo combinado E/S analógicas 4AI/2AO (0-10 VDC)

Tabla general de entradas y salidas de todo el proceso

Tabla general de costos

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