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• Jose Florez

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica “Unidad Adolfo López Mateos”

Automatización de una planta potabilizadora

Tesis

Que para obtener el Título de Ingeniero en Control y Automatización

PRESENTA:

BENITEZ FLORES ANGELICA

ASESORES:

Ing. Humberto Soto Ramírez Ing. Rafael Navarrete Escalera

MÉXICO D.F. OCTUBRE 2009

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica “Unidad Adolfo López Mateos”

AUTOMATIZACIÓN DE UNA PLANTA POTABILIZADORA

BENITEZ FLORES ANGELICA Boleta: 2003300242

MÉXICO D.F. OCTUBRE 2009

Agradecimientos A mi madre

Por que con todo tu cariño, dedicación, cuidados, apoyo y enseñanzas de la vida soy ahora la profesionista. Que puede ver uno más de sus sueños realizarse.

A mi padre

Por que aún así como eres, te preocupaste por que tuviera lo necesario para ser una profesionista y no me dejaste sola en el camino.

A mis hermanos

Por su cariño, apoyo de cada uno de ustedes muy a su manera, por los consejos que me guiaron por el camino correcto.

A Ing. Sigfrido

Por tu apoyo incondicional y los ánimos a lo largo de la realización de éste trabajo, siempre estuviste presente y fue una de las razones por las que lo pude lograr, por creer en mí. Por las enseñanzas que obtuve de ti, por que eres una gran persona y amigo.

A mis amigos

Por que son una parte importante de mi vida y han estado ahí en los momentos difíciles y me han apoyado en todo.

A Ing. Rafael

Por alentarme a realizar éste trabajo y la ayuda que me proporcionó. Consejos y amistad

A mis compañeros de trabajo Por su amistad, cariño y apoyo. A mis profesores

Por que todo lo que me dijeron fue verdad, por que la enseñanza es el mejor regalo que pudieron heredarme.

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Índice general. Glosario ........................................................................................................................... 9 Objetivos........................................................................................................................ 10 Justificación ................................................................................................................... 10 Introducción. .................................................................................................................. 11 1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS................................................................................. 13 1.1

Potabilización .................................................................................................. 13

1.1.1

Captación .................................................................................................... 14

1.1.2

Conducción.................................................................................................. 14

1.1.3

Presedimentación ........................................................................................ 14

1.1.4

Aireación...................................................................................................... 15

1.1.5

Mezcla Rápida ............................................................................................. 16

1.1.6

Floculación .................................................................................................. 17

1.1.7

Sedimentación ............................................................................................. 18

1.1.8

Filtración. ..................................................................................................... 19

1.1.9

Cloración y envío a la red. ........................................................................... 20

1.2

Equipos ........................................................................................................... 24

1.2.1

Bombas centrífugas..................................................................................... 24

1.2.2

Sopladores de Aire ...................................................................................... 26

1.3

Instrumentos ................................................................................................... 27

1.3.1

Transmisor de flujo magnético..................................................................... 27

1.3.2

Manómetros................................................................................................. 28

1.3.3

Transmisor de nivel ultrasónico ................................................................... 29

1.3.4

Interruptor de nivel boya ó flotador .............................................................. 30

1.3.5

Interruptor de nivel capacitivo ...................................................................... 31

1.3.6

Transmisor e interruptor de presión tipo diafragma. .................................... 32

1.3.7

Analizador de turbiedad............................................................................... 33

1.4 1.4.1

Automatización................................................................................................ 34 Definición de automatización ....................................................................... 34

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1

Automatización de una planta potabilizadora de agua

1.4.2

Tipos de procesos industriales .................................................................... 36

1.4.3

Controladores secuenciales ........................................................................ 36

1.4.4

Controlador Lógico Programable (PLC)...................................................... 38

1.4.4.1

Fuente de alimentación ........................................................................ 38

1.4.4.2

CPU ...................................................................................................... 39

1.4.4.3

Modulo de entradas.............................................................................. 39

1.4.4.4

Modulo de salidas................................................................................. 39

1.4.4.5

Terminal de programación.................................................................... 40

1.4.4.6

Periféricos............................................................................................. 40

1.4.4.7

Interfaces.............................................................................................. 40

1.4.5

Clasificación de PLC.................................................................................... 41

1.4.6

Lenguajes de programación ........................................................................ 42

1.4.7

HMI Interfaz hombre máquina ..................................................................... 45

1.4.7.1

Funciones de un Software HMI ............................................................ 45

1.4.7.2

Tareas de un Software de Supervisión y Control ................................. 46

1.4.7.3

Tipos de Software de Supervisión y Control para PC........................... 46

1.5

Red para comunicación entre plc’s ................................................................. 49

1.5.1

2

Módulos de comunicaciones y red............................................................... 49

1.5.1.1

RS-422 y RS-485 ................................................................................. 50

1.5.1.2

Bus de 4 hilos RS-485 .......................................................................... 51

PROCESO DE AUTOMATIZAR ............................................................................. 53 2.1

Estructura general de la planta ....................................................................... 53

2.2

Diagrama a Bloques........................................................................................ 55

2.2.1

Conducción de agua cruda .......................................................................... 56

2.2.2

Generación y dosificación de ozono ............................................................ 57

2.2.3

Filtración primera etapa ............................................................................... 58

2.2.4

Nitrificación .................................................................................................. 59

2.2.5

Filtros segunda tapa .................................................................................... 60

2.2.6

Desinfección ................................................................................................ 61

2.2.7

Cisterna de Lavado y de Bombeo................................................................ 62

2.3

Vista en superior de la Planta Potabilizadora.................................................. 64

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

2.4 3

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ............................................................................ 67 3.1

Condiciones iniciales....................................................................................... 67

3.2

Arranque filtración primera etapa .................................................................... 68

3.2.1

Etapa de LAVADO filtros primera etapa ...................................................... 68

3.2.2

Descripción de secuencia de lavado. .......................................................... 69

3.3

Arranque nitrificación....................................................................................... 73

3.3.1

Etapa de LAVADO Nitrazur’s....................................................................... 73

3.3.2

Descripción de secuencia de lavado. .......................................................... 73

3.4

Arranque filtración segunda etapa................................................................... 79

3.4.1

Etapa de LAVADO filtros segunda etapa..................................................... 79

3.4.2

Descripción de secuencia de lavado. .......................................................... 79

3.5

Criterios de operación y mantenimiento .......................................................... 84

3.5.1

Problemas más comunes y sus soluciones (primeras y segundas baterías)85

3.5.2

Principales problemas y soluciones del Compresor. ................................... 88

3.5.3

Principales problemas y soluciones del soplador de lavado........................ 89

3.5.4

Principales problemas y soluciones de la bomba de lavado........................ 90

3.5.5

Principales problemas y soluciones de las bombas dosificadoras............... 91

3.6 4

Características de los equipos e instrumentos ................................................ 65

Historial de alarmas......................................................................................... 92

DESARROLLO DE INGENIERÍA............................................................................ 93 4.1

Tableros de control de la planta ...................................................................... 93

4.2

Características de los PLC’s y módulos de cada etapa ................................. 95

4.3

Comunicación entre PLC’s............................................................................ 115

4.4

Código del programa..................................................................................... 124

4.4.1

Dosificación de hipoclorito de sodio........................................................... 124

4.4.2

Encendido y apagado de variadores (bombas centrifugas y sopladores).. 127

4.4.3

Control de nivel de cisterna ....................................................................... 131

4.4.4

Producción y lavado de filtros primera etapa ............................................. 134

5

BENEFICIOS ........................................................................................................ 153

6

CONCLUSIONES ................................................................................................. 154

7

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 156

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

8

ANEXOS. .............................................................................................................. 159 8.1

Tableros de control de la planta de tratamiento ............................................ 159

8.2

Ejemplo de enlace a PLC.............................................................................. 161

8.3

Entrada de agua cruda, cascada de oxidación, dosificación de ozono ......... 165

8.4 Filtración primera etapa, sopladores de lavado, bombas de lavado y cisterna de lavado.................................................................................................................. 166 8.5

Nitrazur, sopladores de proceso.................................................................... 167

8.6

Filtración segunda etapa, bombas de salida a la red y cisterna de bombeo . 168

8.7

Red de comunicación.................................................................................... 169

Índice de Figuras Figura 1. Proceso de Potabilización .............................................................................. 13 Figura 2. Tipos de aireadores........................................................................................ 15 Figura 3. Mezcladores mecánicos ................................................................................. 16 Figura 4. Tipos de Floculadores .................................................................................... 17 Figura 5. Tipos de Sedimentadores............................................................................... 18 Figura 6. Tipos de Filtros ............................................................................................... 19 Figura 7. Esquema indicativo de la operación de un filtro convencional de arena ........ 20 Figura 8. Esquema típico de dosificación de hipoclorito de sodio ................................. 22 Figura 9. Planta de tratamiento de agua ....................................................................... 23 Figura 10. Bomba Centrífuga ........................................................................................ 25 Figura 11. Transmisor de flujo magnético ..................................................................... 27 Figura 12. Manómetro ................................................................................................... 28 Figura 13. Transmisor de nivel ultrasónico .................................................................... 29 Figura 14. Interruptor de nivel boya ó flotador ............................................................... 30 Figura 15. Interruptor de nivel capacitivo....................................................................... 31 Figura 16. Transmisor e interruptor de presión tipo diafragma ...................................... 32 Figura 17. Analizador de turbiedad................................................................................ 33 Figura 18. Control en lazo abierto ................................................................................. 34 Figura 19. Control en lazo cerrado ................................................................................ 35 Figura 20. Controlador Lógico Programable.................................................................. 38 Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Figura 21. Estructura del PLC ....................................................................................... 41 Figura 22. Programación tipo Graftcet........................................................................... 43 Figura 23. Sistema de un HMI ....................................................................................... 45 Figura 24. Estructura general del software HMI ............................................................ 47 Figura 25. Bus de 2 hilos RS-485.................................................................................. 51 Figura 26. Bus de 4 hilos RS485 ................................................................................... 51 Figura 27. Diagrama a Bloques de las Etapas de la Planta .......................................... 55 Figura 28. Conducción de Agua Cruda ......................................................................... 56 Figura 29. Dosificación de Ozono.................................................................................. 57 Figura 30. Filtración Primera Etapa ............................................................................... 58 Figura 31. Nitrazur......................................................................................................... 59 Figura 32. Filtración Segunda Etapa ............................................................................ 60 Figura 33. Dosificación de Hipoclorito de Sodio ........................................................... 61 Figura 34. Cisterna de Lavado ..................................................................................... 62 Figura 35. Vista Superior de Planta de Tratamiento...................................................... 64 Figura 36. Diagrama de flujo de filtración primera etapa ............................................... 71 Figura 37. Diagrama de flujo de nitrazur ....................................................................... 77 Figura 38. Diagrama de flujo de filtración segunda etapa ............................................. 82 Figura 39. Diagrama de entradas del PLC .................................................................... 96 Figura 40. Diagrama de salidas del PLC ....................................................................... 96 Figura 41. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 0-20mA ................. 97 Figura 42. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de 0-5V .......................... 98 Figura 43. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10-+10V................... 99 Figura 44. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA ............... 100 Figura 45. Disposición de pines del casete de comunicación RS-485 ........................ 101 Figura 46. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 0-20mA ............... 102 Figura 47. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje 0-5V ............................. 103 Figura 48. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10 a ´+10 ............... 104 Figura 49. Diagrama de salidas del PLC ..................................................................... 105 Figura 50. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA ............... 107 Figura 51. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de -20 a +20mA ....... 108 Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Figura 52. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje 0-5V ............................. 109 Figura 53. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA ............... 111 Figura 54. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10 a ´+10 ............... 112 Figura 55. Diagrama de entradas y salidas del PLC ................................................... 113 Figura 56. Diagrama de entradas del PLC .................................................................. 113 Figura 57. Diagrama conexión por el puerto RS-485 .................................................. 114 Figura 58. Diagrama de conexión de PLC por RS-485 ............................................... 115 Figura 59. Interruptor de selección .............................................................................. 117 Figura 60. Áreas de enlace a PLC............................................................................... 119 Figura 61. Lazo de control de dosificación de hipoclorito de sodio.............................. 124 Figura 62. Código de dosificación de ácido fosfórico .................................................. 126 Figura 63. Lazo de bombas y soplador de lavado ....................................................... 127 Figura 64. Código de encendido y apagado de variadores ......................................... 129 Figura 65. Lazo de bombas y diagrama de cisterna.................................................... 131 Figura 66. Código de control de nivel de cisterna........................................................ 133 Figura 67. Diagrama de filtración primera etapa.......................................................... 134 Figura 68. Código de filtración primera etapa.............................................................. 145 Figura A. Arquitectura del tablero de Filtración primera etapa..................................... 159 Figura B. Arquitectura del tablero de Nitrazur.............................................................. 159 Figura C. Arquitectura del tablero de Filtración segunda etapa................................... 160 Figura D. Arquitectura del tablero de Centro de control de motores............................ 160 Figura E. Áreas de enlace ........................................................................................... 161 Figura F Utilización de las áreas de enlace ................................................................ 162 Figura G. Red de PLC con modo comunicación Enlace a PLC................................... 162 Figura H. Configuración de estaciones........................................................................ 163 Figura I. Área de relés de envío .................................................................................. 163 Figura J. Área de registros .......................................................................................... 164 Figura K. Configuración de estaciones, diagrama de conexión del casete FPG-COM4 .................................................................................................................................... 164

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Índice de Tablas Tabla 1. Esquema indicativo de la operación de filtros primera etapa........................... 58 Tabla 2. Esquema indicativo de la operación de nitrazur. ............................................. 59 Tabla 3. Esquema indicativo de la operación de filtros segunda etapa. ........................ 60 Tabla 4. Lista de Equipo ................................................................................................ 65 Tabla 5. Lista de Instrumentos ...................................................................................... 66 Tabla 6. Mantenimiento de ciclos cortos de filtración .................................................... 85 Tabla 7. Mantenimiento de pérdida de arena durante el lavado.................................... 85 Tabla 8. Mantenimiento pérdida de arena durante la filtración ...................................... 86 Tabla 9. Mantenimiento desigualdad de burbujeo durante la fase de aeración............ 86 Tabla 10. Mantenimiento Variación de Pérdida de Carga al Arranque.......................... 86 Tabla 11. Mantenimiento del compresor ....................................................................... 88 Tabla 12. Mantenimiento de sopladores de lavado ....................................................... 89 Tabla 13. Mantenimiento de bombas de lavado ............................................................ 90 Tabla 14. Mantenimiento de bombas dosificadoras ...................................................... 91 Tabla 15. Elementos que integran el tablero de filtros primera etapa............................ 93 Tabla 16. Elementos que integran el tablero de nitrazur ............................................... 93 Tabla 17. Elementos que integran el tablero de filtros segunda etapa .......................... 94 Tabla 19. Elementos que integran el tablero de centro de control de motores.............. 94 Tabla 20. Tabla de conversión de valores de A/D de 0-20mA....................................... 97 Tabla 21. Tabla de conversión de valores de A/D de 0-5 VCD ..................................... 98 Tabla 22. Tabla de conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD .......................... 99 Tabla 23. Conversión de valores de D/A de 4-20mA................................................... 100 Tabla 24. Disposición de los pines del casete de comunicación ................................. 101 Tabla 25. Función de Enlace a PLC ............................................................................ 101 Tabla 26 Conversión de valores de A/D de 0-20mA.................................................... 102 Tabla 27. Conversión de valores de A/D de 0-5 VCD ................................................. 103 Tabla 28. Conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD ....................................... 104 Tabla 29. Conversión de valores de A/D de 4-20mA.................................................. 107 Tabla 30. Conversión de valores de A/D de +20 a -20mA.......................................... 108 Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Tabla 31. Conversión de valores de A/D de 1-5 VCD ................................................. 109 Tabla 32. Conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD ....................................... 110 Tabla 33. Conversión de valores de D/A de 0-20mA................................................... 111 Tabla 34. Conversión de valores de D/A de +10 a -10 VCD ....................................... 112 Tabla 35. Parámetros de enlace a PLC....................................................................... 116 Tabla 36. Tabla de configuración del número de estación .......................................... 118 Tabla 37. Configuración de la red de enlace a PLC ................................................... 118 Tabla 38. Lista de entradas y salidas de Filtración primera etapa............................... 120 Tabla 39. Lista de entradas y salidas de Nitrazur........................................................ 121 Tabla 40. Lista de entradas y salidas de Filtración segunda etapa ............................. 122 Tabla 41. Lista de entradas y salidas de Centro de control de motores ...................... 123 Tabla 42. Esquema indicativo de la operación de filtros primera etapa....................... 134

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Glosario ESPREA: es un tornillo con un orificio central de diferente diámetro en milésimas o milímetros, te ayudan para controlar el paso de gas en la estufa, el calentador, en los carburadores de motores de combustión interna, etc. (Pieza reguladora de agua). COLOIDES: Son en general, sólidos finamente divididos que no sedimentan por la simple acción de la gravedad, pero que pueden removerse del agua, mediante coagulación, filtración o acción biológica. Partículas cuyo diámetro varía entre 1 y 100nm. COAGULANTE: Compuestos de hierro o aluminio capaces de formar un flóculo y que pueden efectuar coagulación al ser añadidas al agua. Los coagulantes más usados son; sulfato de aluminio, sulfato ferroso, cal y cloruro férrico. COAGULACIÓN: Proceso químico por el cual se añade un coagulante(sustancia química) al agua con el objeto de destruir la estabilidad de los coloides y promover su agregación. FLOCULACIÓN: Proceso físico de mezcla rápida y lenta, por medio del cual se incrementa la posibilidad de choque entre partículas.

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Objetivos Desarrollar la programación para el control y operación de producción y lavado de un filtro, dosificación de hipoclorito de sodio, encendido y apagado de soplador de aire, control y nivel de cisterna del proceso de una planta potabilizadora, de esa forma se podrá alcanzar el gasto de agua definido en las especificaciones de diseño de la planta.

Justificación El agua es un recurso esencial para la vida y por ende las sociedades actuales requieren de sistemas de potabilización que traten agua cruda y proporcionen agua con características adecuadas para el uso y consumo humano. El proceso de potabilización es complejo pues requiere un conjunto de pasos secuenciales para realizar cada una de las etapas, y es necesario el gobierno de variables de control así como de equipos, labor que un operador no podría realizar manualmente, debido a que las distancias entre los equipos puede ser grande y que existe un gran número de variables las cuales requieren de puntos muy finos de ajuste. Por lo cual es necesario el uso de controladores, que desarrollen las tareas necesarias para mantener el proceso en una operación continua y que cumpla el desempeño establecido en las bases de diseño de la planta potabilizadora. El desarrollo de la programación conlleva a la integración de los equipos de medición, de control, actuadores, las interfaces del operador así como las funciones de arranque y paro, el monitoreo de la información y alarmado del estado del proceso y sus componentes, por lo cual es necesaria la integración de conocimientos en el área de control y automatización.

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Introducción. Se considera agua potable, al agua incolora, insípida e inodora, que contiene oxigeno y sales disueltas en una concentración adecuada; y está libre de gérmenes patógenos y sustancias tóxicas que ponen en peligro la salud. La calidad del agua se establece de acuerdo a la cantidad de microorganismos presentes, sus propiedades físicas y químicas tales como Turbiedad, pH, color, olor, presencia de metales, la cantidad admisible de tales sustancias se puede encontrar en la norma NOM-127-SSA1-1994.1 El objetivo básico del diseño de una planta potabilizadora de agua es el de integrar, de la manera más económica, los procesos y operaciones de tratamiento para que, cuando sea operada adecuadamente, pueda proveer sin interrupción el caudal del diseño y satisfacer los requerimientos de calidad del agua potable. Por lo tanto, la planta potabilizadora debe tener máxima confiabilidad y flexibilidad, mínima operación y mantenimiento, y solamente los controles e instrumentación indispensables.2 Se ha detectado la gran necesidad de abastecimiento de agua potable en la delegación Iztapalapa, zona que se caracteriza por su densa población, gran extensión territorial y sobre todo por la presencia de pozos no aptos para uso y consumo humano. El presente trabajo corresponde al desarrollo la programación para el control y operación de algunas etapas del proceso de una planta potabilizadora, que tiene como finalidad realizar las rutinas de filtración y lavado de los equipos, así como el envió de alertas y mensajes hacia el personal que opera la planta para que realice mantenimientos preventivos, y paros programados. Para ello el control automático cuenta con los siguientes equipos: Tableros de control, distribuidos en las diferentes etapas de filtración de la planta, cada uno de los tableros de control tiene como elementos principales un controlador lógico programable (PLC) que realizará las rutinas de control, y una pantalla táctil (Interfaz-Hombre-Máquina) para la operación de los equipos, la red de comunicación RS-485 para el envío y recepción de datos entre los tableros para saber el estado y operación entre los PLC’s. El proyecto se desarrolla en seis capítulos, el primero es fundamentos teóricos, tres tratan de aspectos prácticos. El primer capítulo contiene las consideraciones básicas del proceso de tratamiento de agua así como los procesos que se utilizan en la automatización. 1 2

http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html Potabilización del agua Jairo Alberto Rojas

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

El segundo capítulo comprende aspectos técnicos relacionados con el proceso de automatización. El tercer capítulo está referido al procedimiento de arranque y paro. El cuarto capítulo describe detalladamente, la automatización del proceso. La quinta parte corresponde a las conclusiones y recomendaciones acerca del desarrollo y aplicación de la automatización de la planta de tratamiento. Por último, en los anexos se agregan los diagramas de tubería e instrumentación (DTI’s) y las características del PLC utilizado.

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS En este tema se enunciarán las características y propiedades que debe tener el agua, para que sea potable, y las etapas básicas de tratamiento. Así como el funcionamiento y las características, de los equipos e Instrumentos utilizados en la planta para su control. Serán abordados los conceptos básicos para la Automatización tales como el PLC, la interfaz-hombre-máquina (HMI), y las redes de comunicación que se utilizan en algunos PLC’s.

1.1

Potabilización

Se denomina agua potable, al agua usada para el consumo humano; y sus principales características son: ser incolora, inodora, e insípida, así como también debe contener oxigeno y sales disueltas en una concentración apropiada, y estar libre de gérmenes patógenos y sustancias toxicas. Sin embargo el agua cruda, la cual proviene de los mantos acuíferos, pozos y lagos no posee estas características. Por ello es necesario que lleve un proceso de tratamiento a fin de hacerla potable. Este proceso de tratamiento se denomina potabilización y se define como: conjunto de operaciones y procesos, físicos, químicos y/o biológicos que se aplican al agua a fin de mejorar su calidad y hacerla apta para su uso y consumo, es decir, que no contiene contaminantes. La figura 1 muestra el proceso de potabilización.

Figura 1. Proceso de Potabilización

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

1.1.1 Captación La captación de aguas superficiales se realiza por medio de tomas de agua que se hacen en los ríos o diques. El agua proveniente de ríos está expuesta a la incorporación de materiales y microorganismos requiriendo un proceso más complejo para su tratamiento. La turbiedad, el contenido mineral y el grado de contaminación varían según la época del año (en verano el agua de nuestros ríos es más turbia que en invierno). La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo ó perforaciones

1.1.2 Conducción Desde la toma de agua del río hasta los presedimentadores, el agua se conduce por medio de acueductos ó canales abiertos

1.1.3 Presedimentación Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los sólidos sedimentables (arenas), los sólidos pesados caen al fondo. En su interior las piletas pueden contener placas o seditubos para tener un mayor contacto con estas partículas. El agua pasa a otra etapa por desborde.

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

1.1.4 Aireación3 Proceso mediante el cual el agua es puesta en contacto intimo con el aire con el propósito de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. Las funciones más importantes de la aireación son: • Remover gases como metano, cloro y amoníaco • Oxidar hierro y manganeso • Remover compuestos orgánicos volátiles • Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores • Transferir oxígeno al líquido La aireación cumple sus objetivos potabilizadora de agua mediante el arrastre o barrido de las sustancias volátiles causado por la mezcla turbulenta del agua con el aire y por el proceso de oxidación de los metales y gases.

Figura 2. Tipos de aireadores 3

Potabilización del agua Jairo Alberto Rojas

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1.1.5 Mezcla Rápida4 Es una operación empleada en el tratamiento del agua con el fin de dispersar diferentes sustancias químicas y gases. En plantas potabilizadoras de agua el mezclador rápido tiene generalmente el propósito de dispersar rápida y uniformemente el coagulante5 a través de toda la masa o flujo de agua. La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia provocada por medios hidráulicos o mecánicos, tales como: vertedores rectangulares, tuberías de succión de bombas, mezcladores mecánicos en línea, rejillas difusoras, chorros químicos y tanques con equipo de mezcla rápida. En los mezcladores hidráulicos la mezcla es ejecutada como resultado de turbulencia que existe en el régimen de flujo, en los mecánicos la mezcla es inducida a través de impulsores rotatorios de tipo hélice o turbina figura 3.

Figura 3. Mezcladores mecánicos

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Potabilización del agua Jairo Alberto Rojas Ver glosario

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1.1.6 Floculación6 Es el proceso por el cual una vez desestabilizados los coloides7, se provee una mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas sin romper o disturbar los agregados preformados. La floculación8 es influenciada por fuerzas químicas y físicas tales como la carga eléctrica de las partículas, la capacidad de intercambio, el tamaño y la concentración del floculo, el pH, la temperatura del agua y la concentración de los electrolitos. En la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las partículas diminutas coaguladas son puestas en contacto una con otra y con las demás partículas presentes, mediante agitación lenta prolongada, durante la cual las partículas se aglomeran, incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. La mezcla lenta para floculación puede efectuarse mecánicamente, usando rotores de paletas o hidráulicamente, como resultado del movimiento del agua. Algunos ejemplos de floculadores utilizados en el tratamiento de aguas aparecen en la figura 4.

Figura 4. Tipos de Floculadores

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Potabilización del agua Jairo Alberto Rojas Ver glosario 8 Ver glosario 7

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1.1.7 Sedimentación9 Operación por la cual se remueven las partículas solidas de una suspensión mediante la fuerza de gravedad; en algunos casos se denomina clarificación o espesamiento. La sedimentación después de la adición de coagulantes y de la floculación se usa para remover los sólidos sedimentables que han sido producidos por el tratamiento químico, como en el caso de remoción de color y turbiedad o en el ablandamiento con cal. Tratamiento primario, y para la remoción de material orgánico y biomasa preformada en los sistemas de tratamiento secundario y para espesamiento de lodos. Algunos tipos de tanques de sedimentación, se muestran en la figura 5.

Figura 5. Tipos de Sedimentadores 9

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1.1.8 Filtración.10 Para lograr la clarificación final se usa la filtración a través de medios porosos; generalmente dichos medios son arena o arena y antracita. En la planta de purificación la filtración remueve el material suspendido, medido en la práctica como turbiedad, compuesto de flóculo, suelo, metales oxidados y microorganismos. La remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante filtración. El propósito principal de la filtración es remover turbiedad e impedir la interferencia de la turbiedad con la desinfección; al proveer protección a los microorganismos de la acción del desinfectante. De acuerdo con la dirección de flujo, los filtros pueden ser de flujo hacia abajo hacia arriba o de flujo dual, como se esquematiza en la figura 6.

Figura 6. Tipos de Filtros

El filtro rápido por gravedad es el tipo de filtro más usado en tratamiento de agua. La operación de filtración supone 2 etapas: filtración y lavado; las 2 etapas se identifican en la figura 7.

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Figura 7. Esquema indicativo de la operación de un filtro convencional de arena

1.1.9 Cloración y envío a la red.11 Etapa final en el proceso de tratamiento de agua, la cual tiene por objetivo eliminar la mayoría de las bacterias remanentes en el efluente siendo el cloro y los compuestos del cloro como hipoclorito de calcio y de sodio los más populares, los cuales proporcionan una seguridad en el trayecto del agua potable a su destino final. Esta reacción se lleva a cabo en un tanque de contacto de cloro o por medio de dispositivos que permitan homogenizar la reacción. Las principales ventajas que tiene el cloro como desinfectante del agua son las siguientes: 11

Fundamentos de la calidad del agua Tebbut

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• Está disponible cono gas, líquido o en forma granular. • Es relativamente barato. • Es fácil de aplicar. • En concentraciones que son insaboras e inocuas para el consumo humano deja un residual en solución, el cual provee protección sanitaria en el sistema de distribución. • Tiene una alta característica de toxicidad para los microorganismos causantes de enfermedades hídricas. • Es un agente oxidante poderoso. Desventajas: • Es un gas venenoso que requiere manejo cuidadoso. • Es altamente corrosivo en solución. Por tal motivo el cloro ha sido usado principalmente como desinfectante para el control de microorganismos en aguas de consumo, residuales, piscinas etc.

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A continuación se muestra en la figura 8 un esquema de dosificación de hipoclorito de sodio líquido, por medio de una bomba dosificadora en el cual la bomba succiona la solución de un tanque de almacenamiento, y ésta es inyectada a la tubería de agua filtrada, la cantidad de hipoclorito de sodio suministrado está en función del flujo de agua en la tubería y éste valor es establecido en el controlador de la bomba.

Figura 8. Esquema típico de dosificación de hipoclorito de sodio

Después de un exhaustivo estudio que se realiza al agua se eligen las etapas que conformaran el proceso de potabilización, la figura 9 muestra el esquema de la localización de las etapas y equipos que integran una planta de tratamiento.

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Figura 9. Planta de tratamiento de agua

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1.2

Equipos

La instrumentación de la planta está constituida por diferentes dispositivos y equipos encargados de monitorear y controlar el proceso en tiempo real. Estos dispositivos y equipos se encargan de mantener las variables, dentro de las condiciones de operación adecuadas, asegurando la operación correcta, reduciendo riesgos de operación y evitando el desgaste del equipo empleado durante el proceso.

1.2.1 Bombas centrífugas. Las bombas se clasifican en tres tipos principales: • De émbolo alternativo: consiste en un pistón que tiene un movimiento de vaivén dentro de un cilindro. • De émbolo rotativo: generan presión por medio de engranajes o rotores muy ajustados que impulsan periféricamente al líquido dentro de la carcaza cerrada. • Rotodinámicas: debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera presión. Los diversos tipos de la bomba rotodinámica, se pueden agrupar en: Centrífugos. Son el tipo más corriente de bombas rotodinámicas, y se denomina así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Pueden estar proyectadas para impulsar caudales tan pequeños como 1 gal/min. o tan grandes como 4.000.000 gal/min, mientras que la cota generada puede variar desde algunos pies hasta 400. El rendimiento de las de mayor tamaño puede llegar al 90%. De columna. Son del tipo múltiple, con montaje vertical y diseñada especialmente para la elevación del agua en perforaciones angostas, pozos profundos o pozos de drenaje. Resultan adecuadas para perforaciones de un diámetro tan pequeño como 6 pulg. y con mayores diámetros son capaces de elevar cantidades de agua superiores a un millón de galones por hora desde profundidades de hasta 1.000 pies. Principales características de la bomba centrífuga • Elemento giratorio: formado por un eje y 1 o varios rodetes. • Elemento estacionario (carcaza). • Elemento de cierre. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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• Aumenta la energía del fluido por la acción de la fuerza centrífuga. • El líquido sale perpendicular al eje de rotación del álabe o rodete. • En bombas de alta presión pueden emplearse varios rodetes en serie. • En bombas de baja presión el difusor es un canal en espiral. • En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. • En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor. • Las bombas centrífugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son auto aspirantes y requieren de cebado previo al funcionamiento. A continuación se muestra la imagen de una bomba centrífuga en la figura 10

Figura 10. Bomba Centrífuga

Funcionamiento El flujo entra a la bomba a través del centro u ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.

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1.2.2 Sopladores de Aire12 Un soplador es un dispositivo mecánico que consiste en aspas móviles que tienen la función de forzar la circulación del aire a través de un venturi, que es una reducción que causa un incremento en la presión del aire que se mueve a través del mismo. Soplador Alternativo o de Embolo Los sopladores alternativos funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga. Sopladores de paletas deslizantes Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual está ubicado en forma excéntrica un rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. Sopladores de lóbulos (Roots) Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como sobre alimentador de los motores de diesel o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los rotores de la máquina, por donde sale, no puede regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno. Sopladores de tornillo La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcaza. Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión, el gas así comprimido forzado axialmente por la rotación de los lóbulos helicoidales hasta la 1ª descarga. 12

Manual de instalaciones electromecánicas en casa y edificios Gilberto Harper

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1.3

Instrumentos13

1.3.1 Transmisor de flujo magnético El principio de operación de este elemento es la ley de Faraday; es decir cuando un material conductor (un fluido) se mueve en ángulo recto a través de un campo magnético, se induce un voltaje, el cual es proporcional a la intensidad del campo magnético y a la velocidad del fluido. Si la intensidad del campo magnético es constante, entonces el voltaje únicamente es proporcional a la velocidad del fluido; a demás, la velocidad que se mide es la velocidad promedio, y por lo tanto, este sensor se puede utilizar para los regímenes: laminar y turbulento. En la figura 11 se muestra el principio de operación y un transmisor de flujo magnético.

Figura 11. Transmisor de flujo magnético 13

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1.3.2 Manómetros14 Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contiene un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión. El tubo Bourdon es un tubo de sección elíptica, que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre. En la figura 12 se muestra el principio de operación y un manómetro.

Figura 12. Manómetro 14

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1.3.3 Transmisor de nivel ultrasónico Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 kHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión, el medio ambiente de gases o vapores se reflejan en la superficie del sólido o del líquido. En las aplicaciones de alarma de nivel los sensores vibran a una frecuencia de resonancia determinada, que se amortigua cuando el líquido los moja. En la figura 13 se muestra un transmisor de nivel ultrasónico y su principio de funcionamiento.

Figura 13. Transmisor de nivel ultrasónico

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1.3.4 Interruptor de nivel boya ó flotador Consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica. El flotador conectado directamente está unido por un cable, que se desliza en un juego de poleas a un índice exterior, que señala sobre una escala graduada. Es el modelo más antiguo y el más utilizado en tanques de gran capacidad. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse y de que el tanque no puede estar sometido a presión. Además, el flotador debe mantenerse limpio. En la figura 14 se muestra un interruptor de nivel boya ó flotador.

Figura 14. Interruptor de nivel boya ó flotador

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1.3.5 Interruptor de nivel capacitivo15 Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores. En fluidos conductores con una conductividad mínima de 100 microhmios/c.c. el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas. El circuito electrónico (puente de capacidades, alimenta el electrodo a una frecuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitiva del conjunto y permite aliviar en parte el inconveniente del posible recubrimiento del electrodo por el producto). En la figura 15 se muestra un transmisor de nivel capacitivo y su principio de funcionamiento.

Figura 15. Interruptor de nivel capacitivo

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1.3.6 Transmisor e interruptor de presión tipo diafragma.16 Se diferencian de los de fuelle en que la separación entre las dos cámaras se efectúa mediante diafragmas, en lugar de fuelles, con lo cual el desplazamiento volumétrico es casi nulo. El cuerpo de estos transmisores suele ser de acero al carbono, acero inoxidable o aluminio, el fuelle o diafragma de acero inoxidable y el líquido de llenado silicona. Las conexiones entre las tomas del diafragma y el convertidor de presión diferencial deben ser adecuadas al fluido a medir. Con el objeto de aislar el instrumento se prevén 3 válvulas que constituyen lo que se denomina un manifold; éste tiene una doble misión, aislar el instrumento del proceso para su mantenimiento e igualar las presiones en las dos cámaras del instrumento en la puesta en marcha de la instalación. El fluido de purga debe ser limpio, no debe reaccionar con el fluido medido, debe circular a un caudal bajo y constante (0,6 cm3/s para líquidos y 60 cm/s para gas) y debe disponerse un sistema que impida la entrada del fluido del proceso en caso de un fallo en la purga. En la figura 16 se muestra un transmisor de nivel capacitivo y su principio de funcionamiento.

Figura 16. Transmisor e interruptor de presión tipo diafragma

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1.3.7 Analizador de turbiedad17 La turbidez es una medida de la falta de transparencia de una muestra de agua debida a la presencia de partículas extrañas. Estas partículas pueden ser plancton, microorganismos, barro, está expresada en unidades arbitrarias determinadas empíricamente con un turbidímetro Jackson (consistente en un tubo graduado que descansa en un soporte de vidrio en cuya parte inferior se encuentra una vela encendida). La turbidez puede medirse en forma continua de dos formas: Luz reflejada. Una lámpara incandescente emite un rayo de luz que un sistema de lentes enfoca en la muestra de agua. Una célula fotoeléctrica capta la luz reflejada por las partículas en suspensión generando una corriente proporcional a la concentración de sólidos suspendidos. Luz absorbida. La lámpara y la célula están situadas una enfrente de la otra, con una columna de la muestra de agua que las separa. La célula mide la absorción de la luz por los sólidos en suspensión. La precisión en la medida es de ± 5 a 10 % y el campo de medida de 0-2400. Mide la suciedad del agua que va hacia la red con un rango de 0-5 NTU. En la figura 17 se muestra un turbidímetro y su principio de funcionamiento.

Figura 17. Analizador de turbiedad 17

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1.4

Automatización18

1.4.1 Definición de automatización Estudio de los métodos y procedimientos al control de los procesos industriales, cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial, en la generación de una tarea física o mental previamente programada. En función del tipo de proceso que se pretende controlar y de la forma en la que se realice dicho control, el operador artificial o sistema de control presentará una configuración y características determinadas. Hay dos formas básicas de realizar el control de un proceso industrial. Control en lazo abierto El control en lazo abierto, se caracteriza por que la información o variables que controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control de proceso. Se puede ver en la figura 18. El sistema de control no recibe la confirmación de que las acciones que a través de los actuadores ha de realizar sobre el proceso se han ejecutado correctamente.

Figura 18. Control en lazo abierto

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Autómatas programables Josep Balcells

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Control en lazo cerrado El control en lazo cerrado, se caracteriza por que existe una realimentación a través de los sensores desde el proceso hacia el sistema de control, que permite a este último conocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre el proceso. Se muestra en la figura 19.

Figura 19. Control en lazo cerrado

La mayoría de procesos existentes en la industria utilizan el control en lazo cerrado, bien, porque el producto que se pretende obtener o la variable que se controla necesita un control continuo en función de unos determinados parámetros de entrada, o bien, porque el proceso a controlar se subdivide en una serie de acciones elementales de tal forma que, para realizar una determinada acción sobre el proceso, es necesario que previamente se hayan realizado otra serie de acciones elementales. La configuración del sistema de control, el número de variables de entrada y salida de que dispone, así como la naturaleza, de estas variables, depende del tipo de proceso industrial que se pretende controlar.

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1.4.2 Tipos de procesos industriales Los procesos industriales, en función de su evolución con el tiempo, pueden clasificarse en alguno de los grupos siguientes: • Continuos: Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas están constantemente entrando por un extremo del sistema, mientras que en el otro extremo se obtiene de forma continúa un producto terminado. El proceso se realiza durante un tiempo relativamente largo. Las variables empleadas en el proceso y sistema de control son de tipo analógico; dentro de unos límites determinados las variables pueden tomar infinitos valores. o El estudio y aplicación de los sistemas continuos es objeto de disciplinas como: Regulación y Servomecanismos. • Discontinuos o por lotes: Se reciben a la entrada del proceso las cantidades de las diferentes piezas discretas que se necesitan para realizar el proceso. Sobre este conjunto se realizan las operaciones necesarias para producir un producto acabado o intermedio listo para un procesamiento posterior. • Discretos: El producto de salida se obtiene a través de una serie de operaciones, muchas de ellas con gran similitud entre sí. La materia prima sobre la que se trabaja es habitualmente un elemento discreto que se trabaja de forma individual. El concepto de automatización industrial se ha ligado al estudio y aplicación de los sistemas de control empleados en los procesos discontinuos y los procesos discretos, dejando los procesos continuos a disciplinas como regulación o servomecanismos.

1.4.3 Controladores secuenciales Se comprueba que los procesos discretos y discontinuos, tienen una gran similitud entre sí. Ambos procesos podrán controlarse mediante el mismo tipo de sistema de control, que debido a su forma de actuación, recibe el nombre de controlador secuencial. Podemos resumir una serie de características propias a los procesos que se controlan de forma secuencial.

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• El proceso se puede descomponer en una serie de estados "que se activarán de forma secuencial (variables internas). • Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobre los actuadores (variables de salida). • Las señales procedentes de los sensores (variables de entrada) controlan la transición entre estados. • Las variables empleadas en el proceso y sistema de control (entrada y salida internas), son múltiples y generalmente de tipo discreto, sólo toman dos valores activado o desactivado. Por ejemplo, un motor sólo estará funcionando o parado; un sensor situado sobre un cilindro neumático, estará activado cuando el émbolo del cilindro esté situado a su altura y desactivado en caso contrario. En función de cómo se realice la transición entre estados, los controladores secuenciales pueden ser de dos tipos: asíncronos o síncronos. Asíncronos La transición entre estados se produce en el mismo instante en que se produce una variación en las variables de entrada. Síncronos La transición a un estado determinado se produce en función de las variables de entrada y de la variable asociada al estado anterior. Las variables de entrada y la variable interna (asociada al estado anterior) están sincronizadas mediante una señal de reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados sólo se produce para un escaneo de la señal de reloj. El sistema se completaría con: • Los acopladores de entrada; encargados de adaptar las señales procedentes de los sensores, al tipo de señales lógicas empleadas por el microprocesador, y los acopladores de salida, que realizarían la adaptación entre las señales lógicas del microprocesador y las de gobierno de los actuadores. • Un dispositivo de comunicación serie empleado para transferir el programa de usuario desde el dispositivo de programación. • Sistema operativo formado por una serie de programas encargados de controlar el funcionamiento del dispositivo, como por ejemplo, inicialización del sistema, chequeo del programa de usuario, comunicación con los periféricos, intérprete entre el lenguaje empleado en el programa de usuario y lenguaje máquina, etc. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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1.4.4 Controlador Lógico Programable (PLC)19 Aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (0-5 VDC, 4-20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos, el esquema de éste controlador se muestra en la figura 20.

Figura 20. Controlador Lógico Programable

La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Fuente de alimentación CPU Módulo de entrada Módulo de salida Terminal de programación Periféricos.

Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos. Así se pueden distinguir autómatas Compactos y Modulares. 1.4.4.1

Fuente de alimentación

Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220V C.A., a baja tensión de C.C, normalmente 24 V. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que forma el Autómata.

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Programmable Logic Controllers Botton

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1.4.4.2 CPU La Unidad Central de Procesos (CPU) es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso. 1.4.4.3 Modulo de entradas A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores,...).La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo la programación residente. Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los Pasivos y los Activos. Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado a no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc. Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata.

1.4.4.4 Modulo de salidas El modulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc). La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Módulos de salidas a relés Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. Módulos de salidas a triacs Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Módulos de salidas a Transistores a colector abierto El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de C.C. Igualmente que en los de Triacs, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión/desconexión muy rápidas 1.4.4.5 Terminal de programación El terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema. Las funciones básicas de éste son las siguientes: • Transferencia y modificación de programas. • Verificación de la programación. • Información del funcionamiento de los procesos. Como consolas de programación pueden ser utilizadas las construidas específicamente para el autómata, tipo calculadora o bien un ordenador personal, PC, que soporte un software especialmente diseñado para resolver los problemas de programación y control.

1.4.4.6 Periféricos Elementos auxiliares físicamente independientes del controlador que se unen a él mismo para realizar su función específica, no intervienen directamente ni en la elaboración, ni en la ejecución del programa. Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata, pero sin embargo facilitan la labor del operario. Los más utilizados son: • Grabadoras a cassettes. • Impresoras. • Cartuchos de memoria EEPROM. 1.4.4.7 Interfaces Son circuitos que permiten la comunicación de la CPU con el exterior llevando la información acerca del estado de las entradas y transmitiendo las órdenes de activación de las salidas con un enlace del tipo RS232 ó RS485 y efectúan la comunicación mediante el código ASCII. Así mismo permite la introducción, verificación y depuración del programa mediante la consola de programación. A continuación en la figura 21 se muestra un esquema de la estructura del PLC. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Figura 21. Estructura del PLC

1.4.5 Clasificación de PLC. Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías. PLC tipo Nano: Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales. PLC tipo Compactos: Estos PLC tienen incorporada la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como: • entradas y salidas análogas • módulos contadores rápidos • módulos de comunicación Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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• interfaces de operador • expansiones de i/o

PLC tipo Modular: Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son: Rack, Fuente de Alimentación, CPU.

1.4.6 Lenguajes de programación El lenguaje usado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. Los lenguajes más significativos son: Lenguaje a contactos. (LD) Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar gráficamente de esta forma Lenguaje por lista de instrucciones. (IL) En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. También decir que este tipo de lenguaje es, en algunos los casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente. Grafcet. (SFC) Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones. Todo automatismo secuencial o concurrente se puede estructurar en una serie de etapas que representan estados o subestados del sistema en los cuales se realiza una o más acciones, así como transiciones, que son las condiciones que deben darse para pasar de una etapa a otra. En la figura 22 se muestra un diagrama de bloques para la programación tipo Graftcet.

Figura 22. Programación tipo Graftcet

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Las etapas representan cada uno de los estados del sistema. El símbolo empleado para representar una etapa es un cuadrado con un número o símbolo en su interior que la identifica. Cuando se recorre el gráfico de evolución por cualquier camino posible, deben alternarse siempre una etapa y una transición. Las acciones que llevan asociadas las etapas se representan con un rectángulo donde se indica el tipo de acción a realizar. Una etapa puede llevar asociadas varias acciones. Las líneas de evolución unen entre sí las etapas que representan acciones consecutivas. Las líneas se entenderán siempre orientadas de arriba a abajo, a menos que se represente una flecha en sentido contrario. Dos líneas de evolución que se crucen deben de interpretarse que no están unidas. Las transiciones representan las condiciones lógicas necesarias para que finalice la acción o acciones asociadas a una etapa y se inicien la etapa o etapas inmediatamente consecutivas. Gráficamente se representan por un rombo sobre las líneas de evolución.

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1.4.7 HMI Interfaz hombre máquina La sigla HMI es la abreviación en ingles de Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una “ventana” de un proceso. Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. En la figura 23 se muestra un esquema de un sistema de HMI. Los sistemas HMI en computadoras se les conoce también como software HMI o de monitoreo y control de supervisión. Las señales del procesos son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’s (Controladores lógicos programables), RTU (Unidades remotas de I/O ) o DRIVE’s (Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una comunicación.

Figura 23. Sistema de un HMI

1.4.7.1

Funciones de un Software HMI

Monitoreo. Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real. Estos datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una lectura más fácil de interpretar. Supervisión. Esta función permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

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Alarmas. Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y reportarlos. Las alarmas reportadas son basadas en límites de control preestablecidos. Control. Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y así mantener estos valores dentro de ciertos límites. Va mas allá del control de supervisión removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la aplicación de esta función desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema. Históricos. Es la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos del proceso a una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa herramienta para la optimización y corrección de procesos.

1.4.7.2

Tareas de un Software de Supervisión y Control

Permitir una comunicación con dispositivos de campo. Actualizar una base de datos “dinámica” con las variables del proceso. Visualizar las variables mediante pantallas con objetos animados (mímicos). Permitir que el operador pueda enviar señales al proceso, mediante botones, controles ON/OFF, ajustes continuos con el mouse o teclado. Supervisar niveles de alarma y alertar/actuar en caso de que las variables excedan los límites normales. Almacenar los valores de la variable para análisis estadístico y/o control. Controlar en forma limitada ciertas variables de proceso.

1.4.7.3

Tipos de Software de Supervisión y Control para PC

Lenguajes de programación visual como Visual C++ o Visual Basic. Se utilizan para desarrollar software HMI a medida del usuario. Una vez generado el software, el usuario no tiene posibilidad de re-programarlo. Facilitan las tareas de diseño, los paquetes orientados a HMI/SCADA Incorporan protocolos para comunicarse con los dispositivos de campo más conocidos. Drivers, OPC. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos 46

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Tienen herramientas para crear bases de datos dinámicas. Permite crear y animar pantallas en forma sencilla Incluyen gran cantidad de librería de objetos para representar dispositivos de uso en la industria como: motores, tanques, indicadores, interruptores.

Figura 24. Estructura general del software HMI

EL software HMI está compuesto por un conjunto de programas y archivos. Hay programas para configuración y diseño del sistema, y otros que son el motor mismo del sistema. En la figura 24 se muestra cómo funcionan algunos de los programas y archivos más importantes. Los rectángulos de la figura representan programas y las elipses representan archivos. Los programas que están con recuadro simple representan programas de diseño o configuración del sistema; los que tiene doble recuadro representan programas que son el motor del HMI. Con los programas de diseño, como el “editor de pantallas” se crean moldes de pantallas para visualización de datos del proceso. Estos moldes son guardados en Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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archivos “archivo de pantalla” y almacenan la forma en cómo serán visualizados los datos en las pantallas. Interfaz Hombre: Es un programa que se encarga de refrescar las variables de la base de datos en la pantalla, y actualizarla, si corresponde por entradas del teclado o mouse. Este programa realiza la interfaz entre la base de datos y el hombre. El diseño de esta interfaz está establecido en el archivo molde “archivo de pantalla” que debe estar previamente creado. Base de Datos: Es un lugar de la memoria de la computadora donde se almacenan los datos requeridos del proceso. Estos datos varían en el tiempo según cambien los datos del proceso, por esta razón se denomina “base de datos dinámica”. La base de datos está formada por bloques que pueden estar interconectados. La creación de la base de datos, sus bloques y la relación entre ellos se realiza a través de “editor de base de datos”. Driver: la conexión entre los bloques de la base de datos y las señales del proceso se realiza por medio de drivers, estos drivers manejan los protocolos de comunicación entre el HMI y los distintos dispositivos de campo. Los drivers son entonces la interfaz hacia la maquina. Bloques (tags): Como ya mencionamos, la base de datos está compuesta por bloques. Para agregar o modificar las características de cada bloque se utiliza el editor de la base de datos. Los bloques pueden recibir información de los drivers u otros bloques y enviar información hacia los drivers u otros bloques. Las funciones principales de los bloques son: • Recibir datos de otros bloques o al driver. • Enviar datos de otros bloques o al driver. • Establecer enlaces a la pantalla. • Comparar valores con umbrales de alarmas. Los bloques pueden estructurarse en cadenas para procesar una señal.

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1.5

Red para comunicación entre plc’s20

1.5.1 Módulos de comunicaciones y red La mayoría de las aplicaciones hoy en día ya no pueden considerarse aplicaciones aisladas en el proceso global, más aún, es necesario supervisar y monitorear las distintas variables que intervienen en el proceso. Generalmente para la visualización o monitoreo de variables en un PLC se puede optar por una Pantalla de Dialogo HombreMáquina o por la comunicación hacia un computador personal con software dedicado de desarrollo local o software de supervisión gráfica comercial. Cualquiera de las alternativas elegidas, cada una de ellas requiere de interfaces de comunicaciones apropiadas para el establecimiento de la comunicación. Una de las alternativas para esto, es la incorporación de módulos de comunicaciones individuales para comunicación punto a punto, multipunto o para la integración a una Red de Computadores. Los más comunes son: Módulos de Comunicación Asíncrona: Estos módulos están destinados a la comunicación del PLC con dispositivos periféricos que puedan soportar un enlace de comunicaciones de tipo serial. Podemos distinguir en esta categoría dos tipos de interfaces: Modulo de Comunicación Asíncrona Punto a Punto RS-232: con la cual podemos comunicarnos con cualquier dispositivo que soporte la norma RS-232, tales como: Computadores personales, pantallas de dialogo, otros PLC, impresoras seriales, etc. Este tipo de comunicación se caracteriza por estar diseñado para enlaces de tipo punto a punto y a distancias relativamente pequeñas, generalmente para un máximo de 18 m, los parámetros que caracterizan este tipo de comunicaciones son: Velocidad, Paridad, Bits de datos, Bits de Parada, Distancia, Control de Flujo Cuando se requieren velocidades mayores, es posible aumentar la distancia mediante dispositivos especiales denominados LAN-DRIVERS. Estos permiten alcanzar distancias de varios Kilómetros a razones de transferencia máxima de 9600 bps.

20

Sistema de regulación y control automáticos Pedro Morcillo y Julián Cócera

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Módulos de comunicación Multipunto: Estos se caracterizan por soportar la conexión de varias estaciones trabajando en un esquema Maestro-Esclavo. Las velocidades de transferencia son muy elevadas, 1 Mbps, y las distancia abarcadas son cercanas a 1 kilometro. Se distinguen dos tipos: 1.5.1.1

RS-422 y RS-485

La RS-422 es una interfaz multipunto que puede soportar hasta 32 estaciones con una velocidad de transferencia de 1 Mbps, hasta una distancia de aprox. 1 kilometro en 2 o 4 hilos (half-duplex, full-duplex). Permite la conexión unidireccional de hasta 10 receptores en un transmisor, La RS-485 es una mejora de la RS-422 en una versión Half-duplex (2 hilos) que tiene un mejor performance en sus características eléctricas. La interfaz RS-485 ha sido desarrollada - analógicamente a la interfaz RS-422 - para la transmisión en serie de datos de alta velocidad a grandes distancias y encuentra creciente aplicación en el sector industrial. Está concebida como sistema Bus bidireccional con hasta 32 participantes. La recomendación específica parámetros eléctricos, no especifica protocolo ni cable ni conectores. Es Bidireccional en el "half duplex" multipuerto (bidireccional alternado). La longitud máxima del cable es de 400ft (1200m) y la velocidad de transmisión es de 10 Mbps. físicamente. Puede instalarse tanto como sistema de 2 hilos o de 4 hilos Dado que varios transmisores trabajan en una línea común, tiene que garantizarse con un protocolo que en todo momento esté activo como máximo un transmisor de datos. Los otros transmisores tienen que encontrarse en ese momento en estado ultraohmio. Bus de 2 hilos RS-485 El Bus de 2 hilos RS-485 se compone según el bosquejo inferior del cable propio de Bus con una longitud máxima de 500m, ver figura 25. Los participantes se conectan a este cable a través de una línea adaptadora de máxima 5 metros de largo. La ventaja de la técnica de 2 hilos reside esencialmente en la capacidad multimaster, en donde cualquier participante puede cambiar datos en principio con cualquier otro. El Bus de 2 hilos es básicamente apto sólo semidúplex. Es decir puesto que sólo hay a disposición una vía de transmisión, siempre puede enviar datos un solo participante. Sólo después de finalizar el envío, pueden responder otros participantes. La aplicación más conocida basada en la técnica de 2 hilos es el PROFIBUS.

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Figura 25. Bus de 2 hilos RS-485

1.5.1.2 Bus de 4 hilos RS-485 La técnica de 4 hilos usada por ejemplo por el bus de medición DIN (DIN 66 348) sólo puede ser usada por aplicaciones Master/Slave ver figura 26. Conforme al bosquejo se cablea aquí la salida de datos del Maestro a las entradas de datos de todos los Servidores. Las salidas de datos de los Servidores están concebidas conjuntamente en la entrada de datos del Maestro.

Figura 26. Bus de 4 hilos RS485

Módulos de Red Propietarias: Los módulos de Red propietarias son módulos de comunicaciones destinados a la comunicación de PLC de una marca en particular, no están regidos por ninguna norma internacional y son diseñados por el fabricante para sus propios dispositivos.

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Modulo de Red Comerciales: Los módulos de Red comerciales, son módulos de comunicaciones con normas internacionales que incorporan los fabricantes de PLC para la integración de sus propios sistemas como también para la integración con sistemas de redes comerciales y de otros fabricantes El proceso de tratamiento que llevara esta planta será automatizado teniendo en cuenta las variables más importantes y es necesario se comuniquen entre sí para un fácil envió y recepción de datos, lo cual es útil para supervisar y controlar nuestro proceso adecuadamente. Posteriormente se explica el desarrollo de todas y cada una de las etapas.

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2 PROCESO DE AUTOMATIZAR En el capítulo anterior se habló sobre las características principales de una planta potabilizadora y las características generales del PLC y las redes de comunicación. En este capítulo se hablará de los procesos y elementos que contiene esta planta, así como la ubicación de las etapas de potabilización. Se especifica también el tipo de equipos e instrumentos, tales como rango de operación, tipo de señal.

2.1

Estructura general de la planta

La planta potabilizadora tiene la capacidad para tratar un caudal de 300 lps está integrada por el siguiente tren de tratamiento. • • • • •

Generación y dosificación de ozono (equipo paquete) Filtración primera etapa (3 unidades) Nitrificación (equipo paquete, con 3 unidades) Filtración segunda etapa (3 unidades) Desinfección

Con respecto a la teoría antes mencionada las etapas que se utilizan en esta planta serían: • • • • •

Captación Aireación Filtración Desinfección Envío a la red

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Como complemento a cada una de las operaciones que conforman el tren de tratamiento, la planta cuenta con: ¾ 1 cisterna de lavado ¾ 1 cisterna de bombeo ¾ 1 tanque para hipoclorito de sodio ¾ 1 tanque para ácido fosfórico ¾ 4 bombas dosificadoras (2 para ácido y 2 para el cloro) ¾ 10 bombas centrifugas (2 alimentación al nitrazur, 2 red de distribución, 2 lavado oxazur, 2 lavado nitrazur y filtros segunda etapa, 2 filtros primera) ¾ 2 sopladores de lavado tipo émbolo, para las tres etapas ¾ 4 sopladores de servicio tipo émbolo para nitrazur ¾ 1 compresor de servicio para todos los procesos

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2.2

Diagrama a Bloques

A continuación se muestra el diagrama a bloques de la operación de la planta en la figura 27. Batería de Pozo 

Captación 

Cascada de oxidación  y generación de  Ozono 

  Aireación 

Filtración primera  etapa 

     

Cisterna de lavado 

  Nitrazur 

Dosificación de  Ácido Fosfórico 

    Filtración 

Filtración segunda  etapa 

Cisterna de bombeo 

Dosificación de  Hipoclorito de Sodio

Red de distribución 

Cloración 

Envío a red 

Figura 27. Diagrama a Bloques de las Etapas de la Planta

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2.2.1 Conducción de agua cruda El agua a potabilizar proviene de una fuente subterránea. La entrega de agua a la planta potabilizadora, la realizará el cliente, mediante una derivación del acueducto del sistema de pozos a una presión de 1.2 kg/cm². A partir del canal de llegada el agua pasará a gravedad hasta el tanque de almacenamiento que habrá después de la primera filtración. En la figura 28 se muestra el diagrama de conducción de agua cruda.

Figura 28. Conducción de Agua Cruda

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2.2.2 Generación y dosificación de ozono El proceso de tratamiento inicia con el sistema cascadas de oxidación natural, donde se elimina fierro y parte de sulfuros contenidos en el agua cruda. Los sulfuros no liberados en las cascadas de oxidación, son eliminados por oxidación química, en presencia de ozono. Se muestra en la figura 29 ésta etapa.

Figura 29. Dosificación de Ozono

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2.2.3 Filtración primera etapa La filtración es un proceso en el cual las partículas sólidas que se encuentran en un fluido líquido o gaseoso se separan mediante un medio filtrante, o filtro, que permite el paso del fluido a su través, pero retiene las partículas sólidas Están formados por tanques o cisternas que tienen en su parte inferior una rejilla o falso fondo sobre el que hay una capa de arena o grava de igual tamaño. Esta filtración a gravedad es una etapa intermedia que permitirá remover la mayor parte de las formas insolubles de fierro. La operación de filtración supone 2 etapas: filtrando o producción y lavado; las 2 etapas se identifican en la figura 30 y tabla 1. VÁLVULA VA-111 VA-112 VA-113 VA-117 VA-123 VA-132 VA-142 VA-110

Entrada de agua cruda Drenado parcial Salida de agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada de agua de lavado Lavado de tasa alta (enjuague) Alivio de presión (común)

POSICIÓN DE LA VÁLVULA FILTRANDO LAVANDO

ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA CERRADA

CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA ABIERTA

CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA

Tabla 1. Esquema indicativo de la operación de filtros primera etapa.

Figura 30. Filtración Primera Etapa Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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2.2.4 Nitrificación En esta etapa se reduce los contaminantes que quedan después del proceso de filtración. La operación de nitrificación supone 2 etapas: filtrando o producción y lavado; las 2 etapas se identifican en la figura 31 y tabla 2.

VÁLVULA VA-211 VA-212 VA-213 VA-214 VA-215 VA-216 VA-217 VA-110

Entrada de agua cruda Salida de agua filtrada Purga de canaleta de tratada Entrada de agua de lavado Entrada de aire de lavado Venteo Dren rápido Alivio de presión (común)

POSICIÓN DE LA VÁLVULA FILTRANDO LAVANDO

ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA agua CERRADA ABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA CERRADA CERRADA

ABIERTA ABIERTA ABIERTA ABIERTA ABIERTA

Tabla 2. Esquema indicativo de la operación de nitrazur.

Figura 31. Nitrazur Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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2.2.5 Filtros segunda tapa En esta etapa es la eliminación biológica del manganeso. Existen numerosas bacterias que favorecen, en un medio aerobio, la oxidación biológica del manganeso por el oxígeno disuelto en el agua. La operación de filtración supone 2 etapas: filtrando o producción y lavado; las 2 etapas se identifican en la figura 32 y tabla 3.

VÁLVULA VA-311 VA-312 VA-313 VA-317 VA-323 VA-332 VA-335 VA-110

Entrada de agua cruda Drenado parcial Salida de agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada de agua de lavado Lavado de tasa alta (enjuague) Alivio de presión (común)

POSICIÓN DE LA VÁLVULA FILTRANDO LAVANDO

ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA CERRADA CERRADA

CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA ABIERTA ABIERTA ABIERTA ABIERTA

Tabla 3. Esquema indicativo de la operación de filtros segunda etapa.

Figura 32. Filtración Segunda Etapa Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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2.2.6 Desinfección El proceso de desinfección está conformado por bombas dosificadoras las cuales incrementan o decrementan la velocidad con la cual se dosifica el hipoclorito de sodio al agua, para garantizar una concentración de cloro residual constante a lo largo de la red. La dosificación de hipoclorito de sodio está en función de la cantidad de agua que sale de la planta potabilizadora. En la figura 33 se muestra este proceso.

Figura 33. Dosificación de Hipoclorito de Sodio

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2.2.7 Cisterna de Lavado y de Bombeo La planta cuenta con dos cisternas de bombeo, tienen la función de acumular agua para bombearla hacia el siguiente proceso. En la cisterna de lavado se acumula el agua procedente de los filtros primera etapa y se encuentran dos bombas sumergibles, una en operación y otra de relevo, que trabajan por paro y arranque, con éstas, se bombea agua hacia Nitrazur. La cisterna de bombeo acumula el agua proveniente de filtros segunda etapa y mediante bombas sumergibles, se bombea agua para suministrar agua a la red y a ozono para el enfriamiento de sus equipos. En la figura 34 se muestra la cisterna de lavado y en la 35 la cisterna de bombeo

Figura 34. Cisterna de Lavado

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Figura 35. Cisterna de Bombeo

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2.3

Vista en superior de la Planta Potabilizadora

Figura 35. Vista Superior de Planta de Tratamiento Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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2.4

Características de los equipos e instrumentos

Las tablas 1 y 2 nos muestran las características más importantes de los equipos e instrumentos, que se utilizan en el proceso, para un control adecuado de la operación de la planta. Tabla de equipos utilizados en la planta de tratamiento

TAG

EQUIPO

TIPO Centrifuga

VELOCIDAD CAUDAL NOMINAL 1800 Hz 300 lps

Bomba

POTENCIA 60 Hp

Bomba

Centrifuga

1800 Hz

100 lps

60Hp

Bomba

Centrifuga

1800 Hz

100 lps

60 Hp

Bomba

Centrifuga

1800 Hz

200lps

60 Hp

Bomba

Centrifuga

1800 Hz

300 lps

60 Hp

Bomba

Dosificadora

N.A

0.23lph

N.A

Bomba

Dosificadora

N.A

34.62lph

N.A

-

-

3 Hp

-

-

-

-

BC-171 BC-151 BC-141 BC-161 BC-331 BD-522 BD-512 Compresor CP-401 de aire SO-121 Soplador de émbolo aire SO-221 Soplador de émbolo aire

Tabla 4. Lista de Equipo

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Tabla de instrumentos utilizados en la planta de tratamiento TAG

VARIABLE A MEDIR

RANGO

LSH-110

Alto nivel en canal de distribución de filtros de 1a. Etapa

LSL-511

Bajo nivel en tanque de hipoclorito de sodio

PSH-111A

TIPO DE INSTRUMENTO

TIPO DE SEÑAL  DE SALIDA

100-500mm

Interruptor de nivel boya y flotador

1.7m

Interruptor de nivel

CONTACTO SECO

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111A

ON/OFF

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-111B

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111B

ON/OFF

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-111C

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111C

ON/OFF

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-141A

Alta presión bomba agua de lavado BC-141A

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-141B

Alta presión bomba agua de lavado BC-141B

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-151A

Alta presión bomba agua de lavado BC-151A

2-5kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-151B

Alta presión bomba agua de lavado BC-151B

2-5kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-161A

Alta presión bomba agua de lavado BC-161A

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-161B

Alta presión bomba agua de lavado BC-161B

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-171A

Alta presión bomba agua de alimentación BC-171A

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-171B

Alta presión bomba agua de alimentación BC-171B

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

LIT-141

Nivel de cisterna de agua de lavado

0-10m

Transmisor de nivel ultrasónico

LSL-211A

Bajo nivel en nitrazur 211A

1.5m

Interruptor de nivel

CONTACTO SECO

LSL-211B

Bajo nivel en nitrazur 211B

1.5m

Interruptor de nivel

CONTACTO SECO

LSL-211C

Bajo nivel en nitrazur 211C

LSH-212

Alto nivel en canal de distribución de filtros Nitrazur

PT-212A

CONTACTO SECO

CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO CONTACTO SECO 4 ‐ 20 mA

1.5m

Interruptor de nivel

CONTACTO SECO

100-500mm

Interruptor de nivel boya y flotador

CONTACTO SECO

Presión en nitrazur 212A

0-4kg/cm2

Transmisor de presión

PT-212B

Presión en nitrazur 212B

0-4kg/cm2

Transmisor de presión

PT-212C

Presión en nitrazur 212C

0-4kg/cm2

Transmisor de presión

AIT-335

Turbiedad en cisterna de agua tratada TQ-321

0-5NTU

Analizador de turbiedad

LSH-310

Alto nivel en canal de distribución de filtros de la 2a. Etapa

100-500mm

Interruptor de nivel boya y flotador

PSH-311A

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311A

kg/cm2

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-311B

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311B

kg/cm2

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-311C

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311C

kg/cm2

Interruptor de presión

CONTACTO SECO

PSH-331A

Alta presión bomba agua tratada BC-331A

0.5-2kg/cm2

Interruptor de presión de diafragma

PSH-331B

Alta presión bomba agua tratada BC-331B

0.5-2kg/cm2

Transmisor de presión de diafragma

FIT-334

Flujo de agua tratada

3603000m3/hr

Transmisor de flujo mágnetico

LIT-333

Nivel en cisterna de agua tratada TQ-321

0-10m

Transmisor de nivel ultrasónico

LSL-521

Bajo nivel en tanque de ácido fosfórico

1m

Interruptor de nivel

PSL-412

Baja presión cabezal aire de servicios

2-11kg/cm2

Transmisor de presión de diafragma

FIT-001

Flujo de agua cruda

3603000m3/hr

Transmisor de flujo mágnetico

4 ‐20 mA 4 ‐20 mA 4 ‐20 mA 4 ‐ 20 mA CONTACTO SECO

CONTACTO SECO CONTACTO SECO 4 ‐ 20 mA 4 ‐ 20 mA CONTACTO SECO CONTACTO SECO 4 ‐ 20 mA

Tabla 5. Lista de Instrumentos Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO En el capítulo anterior se mostraron las etapas y características más importantes de la planta potabilizadora. En el capítulo presente se explicarán las condiciones iniciales de operación, el arranque de cada una de las etapas, los criterios de operación y mantenimiento, así como las alarmas que se presentan durante el proceso de potabilización. La operación de la planta potabilizadora se puede realizar de dos formas diferentes, la primera en modo automático y la segunda en forma manual. En modo automático el Controlador lógico programable, se encargara de la secuencia de lavado y filtrado de cada una de las etapas, En modo manual el operador de la planta podrá manipular de forma independiente alguno de los equipos (bombas centrifugas, sopladores de aire, válvulas automáticas), esto lo hace a través de la pantalla de operación (interfaz hombre maquina HMI) Cada equipo electromecánico (bombas, sopladores) contará con un selector MANUALAUTOMÁTICO y botonera arranque-paro en el centro de control de motores (CCM) Hay cuatro tableros de operación de la planta para cada una de las etapas de filtrado.

3.1

Condiciones iniciales

Antes de iniciar la operación de los filtros, se deben de verificar las siguientes condiciones:

1. Verificar que los selectores físicos de los equipos electromecánicos en el CCM se encuentren en auto. -

Selectores de bombas centrífugas

-

Selectores de sopladores de aire

2. Verificar que el compresor de aire de servicio opere correctamente: -

Válvula de salida de aire abierta.

-

Unidad de mantenimiento en buenas condiciones.

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3. Verificar que los tanques de reactivos contengan químico suficiente para la operación de las bombas dosificadoras. 4. Se deberá contar con un flujo de alimentación a la planta mínimo. 5. Verificar que las válvulas manuales se encuentren en la posición correcta. 6. Los sensores deberán estar calibrados

3.2

Arranque filtración primera etapa

1. Las válvulas de salida VA-113, y las de entrada de agua VA-111 de cada uno de los filtros son normalmente abiertas. 2. Se inicia el contador de tiempo de servicio para solicitud de lavado 3. Terminado el tiempo de servicio o por el indicador de alto vacío el filtro correspondiente (vacuómetro PSH-111A/B/C), se hará la solicitud de lavado. Funcionamiento del sistema de filtración primera etapa En operación NORMAL opera todo el sistema de filtración, es decir tres filtros (FGR-111 A/B/C). Cuando se demanda el lavado de algún filtro, el caudal de operación del tratamiento se divide entre los filtros restantes.

3.2.1 Etapa de LAVADO filtros primera etapa La etapa de lavado de la batería de filtración puede operar por medio de dos parámetros independientes: 1. Por tiempo de corrida de la filtración, definido por el tiempo promedio de ensuciamiento provocado por la retención de sólidos en el lecho filtrante. 2. Por aumento de nivel del liquido en el filtro provocado por la saturación del lecho filtrante por los sólidos retenidos, que originan el aumento de pérdida de carga en el manto filtrante y por lo tanto el aumento del nivel de líquido sobre el manto. Cada filtro cuenta con un elemento de presión de vacío que envía una señal al PLC que tiene por función indicar que se requiere lavado.

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.2.2 Descripción de secuencia de lavado. La secuencia de lavado es como sigue, tomando el filtro FGR-111 B como ejemplo: ETAPA 1. El equipo se encuentra en etapa de PRODUCCIÓN. a) Durante la etapa de producción las válvulas VA-111 B y VA-113 B permanecen abiertas. b) Se presenta la demanda de inicio de lavado, la cual puede ocurrir por vacío (PSH-111 B) o por tiempo de corrida del filtro (t1). Al presentarse cualquiera de las condiciones anteriores, da inicio la secuencia de lavado. ETAPA 2. Paro. a) Las válvulas de alimentación VA-111 B y salida de agua filtrada VA-113 B, cierran. b) Se inicia tiempo de espera de arranque de lavado. (t2). ETAPA 3. Drenado parcial. a) La válvula de drenado parcial del filtro abre. (VA-112 B). b) Transcurrido el tiempo t10 la válvula de drenado VA-112 B, cierra. ETAPA 4. Presurización línea de aire. a) Se abre la válvula de control de aire VA-110 y permanece en esa posición por 10 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) El soplador SO-121 A o B seleccionado arranca hasta que alcance su velocidad máxima. ETAPA 5. Formación de colchón de aire. a) 10 segundos después del arranque del soplador, la válvula de ingreso de aire de lavado al filtro VA-123 abre lentamente y permanece en esa posición durante el tiempo t4. b) Concluido el tiempo del temporizador t4 da inicio el temporizador t5 para formación del colchón de aire en el filtro, concluido este tiempo se pasa a la siguiente etapa. ETAPA 6. Lavado con agua + aire. a) Se abre la válvula de entrada de agua de lavado VA-132B y permanece en esa posición. b) La bomba BC-141 A o B seleccionada arranca hasta que alcance su velocidad máxima y permanece en operación el tiempo del temporizador t6, durante este tiempo el lavado se realiza con agua + aire. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

69

Automatización de una planta potabilizadora de agua

ETAPA 7. Paro de soplador. a) Se abre la válvula de control de aire VA-110 y permanece en esa posición por 30 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) Transcurrido el tiempo del temporizador t6 el soplador queda fuera de operación. c) La válvula de ingreso de aire de lavado al filtro VA-123 B, cierra. (t7) ETAPA 8. Purga de colchón de aire. a) Confirmado el paro del soplador (SO-121 A o B) la válvula de venteo VA-117 B, abre durante el tiempo del temporizador t8, transcurrido este tiempo la válvula cierra. ETAPA 9. Lavado con agua (tasa alta). a) Concluido el tiempo del temporizador t8 la válvula de lavado tasa alta VA-142 abre. b) La bomba de lavado BC-141 A o B seleccionada, permanece en operación el tiempo programado en el temporizador t9. ETAPA 10. Paro de bombas de lavado. a) Concluido el tiempo del temporizador t9 la bomba de lavado BC-141 A o B en operación, para. b) La válvula de agua de lavado VA-132 B, cierra y la válvula de lavado tasa alta VA-142, cierra. c) Da inicio el tiempo de espera configurado en el temporizador t10, concluido este tiempo se procede con la etapa siguiente. ETAPA 11. Llenado de filtro. a) Concluido el tiempo del temporizador t10 da inicio el tiempo de llenado del filtro (t11) para inundar la cama de arena, por lo cual la válvula de alimentación al filtro VA-111 B, abre y permanece en esta posición el tiempo programado en el temporizador t11. ETAPA 12. Producción. a) Concluido el tiempo del temporizador t11 la válvula de salida de agua filtrada VA113 B, abre. b) Todos los temporizadores se resetean y da inicio un nuevo ciclo de filtración, iniciando nuevamente con el temporizador t1 c) El equipo se encuentra en PRODUCCIÓN. A continuación se muestra el diagrama de flujo del proceso de lavado de filtros primera en la figura 36.

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70

Automatización de una planta potabilizadora de agua

FILTRACIÓN PRIMERA ETAPA

REGRESO A PRODUCCIÓN: después, la válvula de salida de agua filtrada VA113 abre. Empieza nuevamente contador de tiempo de servicio.

PRODUCCIÓN: apertura de válvula VA-111 de alimentación y VA-113 de salida de agua filtrada.

¿Hay Solicitud de lavado por tiempo o alto vacío (PSH-111)?

SI

PARO: cierran válvulas de alimentación VA-111 y de salida VA-113. Inicia tiempo de lavado (5seg).

DRENADO PARCIAL: la VA112 válvula de salida de agua de lavado abre por 2min y permanece así durante el lavado.

PRESURIZACIÓN LÍNEA DE AIRE: Abre válvula de alivio de presión VA-110 durante 30seg y posteriormente cierra. En este tiempo enciende el soplador de aire de lavado SO-121.

FORMACIÓN DE COLCHÓN DE AIRE: después de 10seg del encendido del soplador la válvula de entrada de aire de lavado VA-123 abre.

LLENADO DE FILTRO: 30seg después, la válvula de alimentación VA-111 abre durante 10min. NO PARO DE BOMBAS DE LAVADO: se apaga la bomba y la válvula de lavado tasa alta VA-142 cierra, 15seg después la válvula de entrada de agua VA-132 cierra.

LAVADO CON AGUA (TASA ALTA): Abre válvula de lavado VA-142 durante 6min y la bomba continúa encendida.

PURGA DE COLCHÓN DE AIRE: confirmado el paro del soplador de lavado, abre la válvula de venteo VA-117 por 1min y cierra.

PARO DE SOPLADOR: se abre la válvula de alivio de presión VA-110 y 10seg después se apaga el soplador de lavado SO121 y 15seg después se cierra la válvula de entrada de aire VA-123.

LAVADO CON AGUA+AIRE: se abre la válvula de entrada de agua de lavado VA-132 y 10 seg después enciende la bomba de lavado BC-141 por 15min.

Figura 36. Diagrama de flujo de filtración primera etapa

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71

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Resumen de secuencia de filtros primera etapa.

1

Producción agua filtrada (En PRODUCCIÓN).

t1

-----

388.8

A

A

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

2

Paro

t2

-----

-----

C

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

3

Drenado parcial.

t3

-----

-----

C

C

A

C

C

C

C

C

OFF

OFF

4

Presurización línea de aire.

t4

2503.0

-----

C

C

C

C

C

C

A (b)

A (a)

ON

OFF

5

Formación “colchón” de aire

t5

2503.0

-----

C

C

C

C

C

C

A

C

ON

OFF

6

Lavado con agua (tasa baja) + aire

t6

2503.0

364.0

C

C

C

A

C

C

A

C

ON

ON

7

Paro de soplador

t7

-----

364.0

C

C

C

A

C

C

C

C

OFF

ON

8

Purga colchón de aire

t8

100.0

-----

C

C

C

A

C

A

C

C

OFF

ON

9

Enjuague con agua (tasa alta)

t9.

-----

683.0

C

C

C

A

A

C

C

C

OFF

ON

10

Paro de bombas de lavado

t10

-----

-----

C

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

11

Llenado de filtro

t11

-----

388.8

A

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

12

Producción agua filtrada (En PRODUCCIÓN).

t1

-----

388.8

A

A

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

BC-141 A/B

BOMBAS

AIRE LAVADO SOPLADORES SO-121 A/B

Control aire

VA-110 A

Entrada aire

VA-123 A/B/C/D/E

Venteo

VA-117 A/B/C/D/E

Lavado taza alta

VA 142

Entada agua lavado

VA 132 A/B/C/D/E

Dren parcial

VA 112 A/B/C/D/E

Salida

VA 113 A/B/C/D/E

VA 111 A/B/C/D/E

m3/h

Q DE AGUA

Nm3/h

Q DE AIRE

Descripción de la Etapa.

DURACIÓN

ETAPA No.

Entrada

NOTAS: En todos los pasos de la secuencia de operación, se deben cumplir todas las condiciones de paro o arranque de equipos, así como la apertura o cierre de válvulas y de permisivos para poder pasar a la siguiente etapa. (a) Al detectarse el arranque del soplador, la válvula VA-110 A abre durante 10 segundos y cierra lentamente. (b) Después de 10 segundos del arranque del soplador la válvula VA-123 X abre lentamente. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

72

Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.3

Arranque nitrificación.

1. Habilitar bomba de alimentación al nitrazur BC-171 A/B 2. Habilitar sopladores de servicio SO-221 A/B/C/D 3. Habilitar bomba dosificadora BD-522 A/B 4. Las válvulas de salida VA-212, y las de entrada de agua VA-211 de cada uno de los filtros son normalmente abiertas 5. Se inicia el contador de tiempo de servicio para solicitud de lavado 6. Terminado el tiempo de servicio o por el indicador de alto vacio el filtro correspondiente (vacuómetro PSH-111A/B/C), se hará la solicitud de lavado

Funcionamiento del sistema de Nitrificación En condición NORMAL de operación están en servicio todo el sistema de Nitrificación, es decir tres Nitrazur’s (NTZ-211 A/B/C). Cuando se demanda el lavado de algún Nitrazur, el caudal de operación del tratamiento se divide entre los Nitrazurs restantes.

3.3.1 Etapa de LAVADO Nitrazur’s La etapa de lavado de la batería de Nitrificación puede operar por medio de dos parámetros independientes: 1. Por tiempo de corrida de la Nitrificación, definido por el tiempo promedio de ensuciamiento provocado por la retención de sólidos en el lecho filtrante. 2. Por aumento de nivel del líquido en el Nitrazur provocado por la saturación del lecho filtrante por los sólidos retenidos, que originan el aumento de pérdida de carga en el manto filtrante y por lo tanto el aumento del nivel de líquido sobre la caja de alimentación al equipo. Cada Nitrazur cuenta con un elemento de presión diferencial que envía una señal al PLC que tiene por función indicar que se requuiere lavado.

3.3.2 Descripción de secuencia de lavado. La secuencia de lavado es como sigue, tomando el Nitrazur NTZ-211 C como ejemplo: ETAPA 1. El equipo se encuentra en etapa de PRODUCCIÓN. a) Durante la etapa de producción las válvulas VA-211 C y VA-212 C permanecen abiertas. b) Se presenta la demanda de inicio de lavado, la cual puede ocurrir por alta presión (PSH-212 C) o por tiempo de ciclo de Nitrazur (t1). Al presentarse cualquiera de las condiciones anteriores, da inicio la secuencia de lavado. ETAPA 2. Paro. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

73

Automatización de una planta potabilizadora de agua

a) Las válvulas de alimentación VA-211 C y salida de agua filtrada VA-212 C, cierran. b) Se inicia tiempo de espera de arranque de lavado. (t2). ETAPA 3. Drenado rápido. a) La válvula de alimentación de agua de lavado, abre. (VA-214 C). b) La válvula de drenado parcial del Nitrazur abre. (VA-217 C). c) Al activarse el interruptor por bajo nivel LSL-211 C, la válvula VA-217 C, cierra. d) Si el interruptor por bajo nivel no se ha alcanzado durante el transcurso el tiempo t3, la válvula de drenado rápido VA-217 C, cierra. ETAPA 4. Presurización línea de aire. a) La válvula de control de aire VA-110 abre y permanece en esa posición por 10 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) El soplador SO-121 A ó B seleccionado arranca hasta que alcance su velocidad máxima. ETAPA 5. Formación de colcho de aire. a) 10 segundos después del arranque del soplador, la válvula de ingreso de aire de lavado al Nitrazur VA-215 C abre lentamente y permanece en esa posición durante el tiempo t4. b) Concluido el tiempo del temporizador t4 da inicio el temporizador t5 para formación del colchón de aire en el Nitrazur, concluido este tiempo se pasa a la siguiente etapa. ETAPA 6. Expansión del lecho filtrante. a) Inicia etapa de expansión de lecho filtrante durante el tiempo programado en el temporizador t6. Al término de este tiempo, da inicio la etapa 7. ETAPA 7. Lavado con agua + aire (lavado 1) a) La vávula de entrada de agua de lavado VA-214 abre b) La bomba BC-161 A ó B seleccionada arranca hasta que alcance su velocidad máxima y permanece en operación el tiempo programado para el temporizador t7, durante este tiempo el lavado se realiza con agua + aire. ETAPA 8. Enjuague. a) El enjuague del lecho filtrante se realiza exclusivamente con agua, por ello la bomba BC-161 A o B seleccionada permanece en operación. El soplador continúa en servicio y la válvula de control de aire VA-110 abre. Esta etapa tiene como duración el tiempo programado en el temporizador t8.

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74

Automatización de una planta potabilizadora de agua

ETAPA 9. Lavado con agua + aire (lavado 2) a) La válvula de control de aire VA-110, cierra y permanece en esa posición el tiempo que espera del temporizador t9, durante este tiempo el lavado se realiza con agua + aire. ETAPA 10. Enjuague. a) El enjuague del lecho filtrante se realiza exclusivamente con agua, por ello la bomba BC-161 A o B seleccionada permanece en operación. El soplador continúa en servicio y la válvula de control de aire VA-110 abre. Esta etapa tiene como duración el tiempo programado en el temporizador t10. ETAPA 11. Lavado con agua + aire (lavado 2) a) La válvula de control de aire VA-110, cierra y permanece en esa posición el tiempo que espera del temporizador t9, durante este tiempo el lavado se realiza con agua + aire. ETAPA 12. Paro de soplador. a) La válvula de control de aire VA-110 abre y permanece en esa posición por 10 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) Transcurrido el tiempo del temporizador t11 el soplador queda fuera de operación. c) La válvula de ingreso de aire de lavado al Nitrazur VA-215 C, cierra. (t12) ETAPA 13. Purga de colchón de aire. a) Confirmado el paro del soplador (SO-121 A o B) la válvula de venteo VA-216 C, abre durante el tiempo del temporizador t13, transcurrido este tiempo la válvula cierra. ETAPA 14. Enjuague final. a) El lecho filtrante permanece en lavado durante el tiempo programado en el temporizador t14. Permanece encendida la bomba de lavado BC-161 A/B y abierta la válvula de entrada de agua de lavado VA-214. ETAPA 15. Paro de bombas de lavado. a) Concluido el tiempo del temporizador t14 la bomba de lavado BC-141 A o B en operación, para. b) La válvula de agua de lavado VA-214 C cierra. c) Da inicio el tiempo de espera configurado en el temporizador t15, concluido este tiempo se procede con la etapa siguiente. ETAPA 16. Maduración. a) Concluido el tiempo del temporizador t15, la válvula de alimentación al Nitrazur, VA-211 C, abre. b) Da inicio el tiempo de maduración del Nitrazur para inundar la cama de biolita y permanece en esta posición el tiempo programado en el temporizador t16. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

ETAPA 17. Purga de canaleta de agua tratada. a) Al término de la etapa de maduración, la válvula de purga de canaleta de agua tratada VA-213 C abre durante el tiempo programado del temporizador t17, concluido este tiempo, la válvula cierra. ETAPA 18. Producción. a) A la confirmación de cierre de la válvula de purga de canaleta de agua tratada VA-213, la válvula de salida de agua filtrada VA-212 C, abre. b) Todos los temporizadores se resetean y da inicio un nuevo ciclo de Nitrificación, iniciando nuevamente con el temporizador t1 c) El equipo se encuentra en PRODUCCIÓN. A continuación se muestra el diagrama de flujo del proceso de lavado de nitrazur en la figura 37.

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76

Automatización de una planta potabilizadora de agua

NITRAZUR

PARO DE SOPLADOR: se abre la válvula de alivio de presión VA-110 y 10seg después se apaga el soplador de lavado SO121 y 15seg después se cierra la válvula de entrada de aire VA-215.

PRODUCCIÓN: apertura de válvula de alimentación VA-211 y de salida de agua filtrada VA-212.

¿Hay Solicitud de lavado por tiempo o alta presión (PT211)? SI

PARO: cierran válvulas de alimentación VA-211 y de salida de agua filtrada VA212. Inicia tiempo de lavado (2min).

DRENADO PARCIAL: la válvula de agua de lavado VA-214y la válvula de dren rápido VA-217abren por 1min y cierran.

PRESURIZACIÓN LÍNEA DE AIRE: Abre válvula de alivio de presión VA-110 durante 30seg y posteriormente cierra. En este tiempo enciende el soplador de aire de lavado SO-121.

FORMACIÓN DE COLCHÓN DE AIRE: después de 10seg del encendido del soplador la válvula de entrada de aire de lavado VA-215 abre permanece así por 1min.

LAVADO CON AGUA+AIRE: se mantiene cerrada la válvula de alivio de presión VA-110 por 5min.

PURGA DE COLCHÓN DE AIRE: confirmado el paro del soplador de lavado, abre la válvula de venteo VA-216 por 5min y cierra.

ENJUAGUE: permanece encendida la bomba BC161 y abierta la válvula de agua de lavado VA-214 por 10min.

NO ENJUAGUE: encendidos la bomba BC-161y el soplador de lavado SO121, abre la válvula de alivio de presión VA-110 por 7min y cierra.

LAVADO CON AGUA+AIRE: se mantiene cerrada la válvula de alivio de presión VA-110 por 30seg.

PARO DE BOMBAS DE LAVADO: se apaga la bomba y la válvula de agua de lavado.

MADURACIÓN: se abre la válvula de alimentación VA-111 por 3min y cierra.

ENJUAGUE: encendidos la bomba BC-161y el soplador de lavado SO121, abre la válvula de alivio de presión VA-110 por 1min y cierra.

PURGA DE CANALETA DE AGUA TRATADA: abre la válvula de purga de canaleta de agua tratada VA-213 por 1min y cierra.

LAVADO CON AGUA+AIRE: se abre la válvula de entrada de agua de lavado VA-214 y 10 seg después enciende la bomba de lavado BC-161 por 30seg.

REGRESO A PRODUCCIÓN: después, la válvula de alimentación VA-211 y la de salida de agua filtrada VA-212 abre. Empieza nuevamente contador de tiempo de servicio.

EXPANSIÓN DE LECHO FILTRANTE: permanece abierta la válvula de entrada de aire de lavado VA-215 por 6min.

Figura 37. Diagrama de flujo de nitrazur Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Resumen de secuencia de nitrazur.

C

C

C

C

C

C

C

C

C

A

C

C

C

C

3092.0

-----

C

C

3092.0

-----

C

C

C

C

C

C

C

A (b)

C

C

3092.0

-----

C

3092.0

1124.0

C

C

C

A

C

C

A

A

C

PROCESO SOPLADORES SO-221 A a F

C

BC-161 A/B

C

AIRE LAVADO SOPLADORES SO-121 A/B

C

AGUA. LAVADO BOMBAS

C

C

Dren rápido

VA 217 A/B/C/D/E

C

Control aire

VA-110 A

---------

Venteo

VA-216 A/B/C/D/E

---------

Purga de canaleta A.T.

VA-213 A/B/C/D/E

A

Entrada aire

VA-215 A/B/C/D/E

A

Entada agua lavado

VA 214 A/B/C/D/E

VA 212 A/B/C/D/E

Q DE AGUA

-----

Nm3/h

Q DE AIRE

VA 211 A/B/C/D/E

(En

Salida

m3/h

filtrada

m3/h

Descripción de la Etapa.

Q DE AIRE DE PROCESO

DURACIÓN

ETAPA No.

Entrada

1

Producción agua PRODUCCIÓN).

2

Paro

t2

360

3

Drenado parcial.

t3

360

4

Presurización línea de aire.

t4

360

5

Formación “colchón” de aire

t5

360

6

Expansión del lecho filtrante

t6

360

7

Lavado con agua + aire

t7

360

8

Enjuague

t8

360

3092.0

1124.0

C

C

A

A

C

C

A

C

ON

ON

ON

9

Lavado con agua + aire

t9

360

3092.0

1124.0

C

C

A

A

C

C

C

C

ON

ON

ON

10

Enjuague

t10

360

3092.0

1124.0

C

C

A

A

C

C

A

C

ON

ON

ON

11

Lavado con agua + aire

t11

360

3092.0

1124.0

C

C

A

A

C

C

C

C

ON

ON

ON

12

Paro de soplador

t12

360

-----

1124.0

C

C

A

C

C

C

C

C

ON

OFF

ON

13

Purga colchón de aire

t13

360

100.0

1124.0

C

C

A

C

C

A

C

C

ON

OFF

ON

14

Enjuague

t14

360

-----

1124.0

C

C

A

C

C

C

C

C

ON

OFF

ON

15

Paro de bombas de lavado

t15

360

-----

-----

C

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

ON

16

Maduracion

t16

360

-----

-----

A

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

ON

17

Purga de canaleta de agua tratada

t17

360

-----

-----

C

C

C

C

A

C

C

C

OFF

OFF

ON

18

Producción agua nitrificada.

t1

360

-----

-----

A

A

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

ON

t1

360

-----

OFF

OFF

ON

C

OFF

OFF

ON

A

OFF

OFF

ON

A (a)

C

OFF

ON

ON

C

C

OFF

ON

ON

C

C

C

OFF

ON

ON

C

C

C

ON

ON

ON

NOTAS: En todos los pasos de la secuencia de operación, se deben cumplir todas las condiciones de paro o arranque de equipos, así como la apertura o cierre de válvulas y de permisivos para poder pasar a la siguiente etapa. (a) Al detectarse el arranque del soplador, la válvula VA-210 A abre durante 10 segundos y cierra lentamente. (b) Después de 10 segundos del arranque del soplador la válvula VA-215 X abre lentamente.

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78

Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.4

Arranque filtración segunda etapa.

1. Habilitar bomba de salida a la red BC-331 A/B 2. Las válvulas de salida VA-313, y las de entrada de agua VA-311 de cada uno de los filtros son normalmente abiertas. 3. Se inicia el contador de tiempo de servicio para solicitud de lavado 4. Terminado el tiempo de servicio o por el indicador de alto vacío el filtro correspondiente (vacuómetro PSH-111A/B/C), se hará la solicitud de lavado

Funcionamiento del sistema de filtración segunda etapa En operación NORMAL opera todo el sistema de filtración, es decir tres filtros (FGR-311 A/B/C). Cuando se demanda el lavado de algún filtro, el caudal de operación del tratamiento se divide entre los filtros restantes.

3.4.1 Etapa de LAVADO filtros segunda etapa La etapa de lavado de la batería de filtración puede operar por medio de dos parámetros independientes: 1. Por tiempo de corrida de la filtración, definido por el tiempo promedio de ensuciamiento provocado por la retención de sólidos en el lecho filtrante. 2. Por aumento de nivel del líquido en el filtro provocado por la saturación del lecho filtrante por los sólidos retenidos, que originan el aumento de pérdida de carga en el manto filtrante y por lo tanto el aumento del nivel de líquido sobre el manto. Cada filtro cuenta con un elemento de presión de vacío que envía una señal al PLC que tiene por función indicar que requiere lavado.

3.4.2 Descripción de secuencia de lavado. La secuencia de lavado es como sigue, tomando el filtro FGR-311 B como ejemplo: ETAPA 1. El equipo se encuentra en etapa de PRODUCCIÓN. a) Durante la etapa de producción las válvulas VA-311 B y VA-313 B permanecen abiertas. b) Se presenta la demanda de inicio de lavado, la cual puede ocurrir por vacío (PSH-311 B) o por tiempo de corrida del filtro (t1). Al presentarse cualquiera de las condiciones anteriores, da inicio la secuencia de lavado. ETAPA 2. Paro. a) Las válvulas de alimentación VA-311 B y salida de agua filtrada VA-313 B, cierran. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

b) Se inicia tiempo de espera de arranque de lavado. (t2). ETAPA 3. Drenado parcial. a) La válvula de drenado parcial del filtro abre. (VA-312 B). b) Transcurrido el tiempo t10, la válvula de drenado VA-312 B, cierra. ETAPA 4. Presurización línea de aire. a) Se abre la válvula de control de aire VA-110 y permanece en esa posición por 10 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) El soplador SO-121 A o B seleccionado arranca hasta que alcance su velocidad máxima. ETAPA 5. Formación de colcho de aire. a) 10 segundos después del arranque del soplador, la válvula de ingreso de aire de lavado al filtro VA-323 abre lentamente y permanece en esa posición durante el tiempo t4. b) Concluido el tiempo del temporizador t4 de inicio el temporizador t5 para formación del colchón de aire en el filtro, concluido este tiempo se pasa a la siguiente etapa. ETAPA 6. Lavado con agua + aire. a) Se abre la válvula de entrada de agua de lavado VA-332B y permanece en esa posición. b) La bomba BC-161 A o B seleccionada arranca hasta que alcance su velocidad máxima y permanece en operación el tiempo del temporizador t6, durante este tiempo el lavado se realiza con agua + aire. ETAPA 7. Paro de soplador. a) Se abre la válvula de control de aire VA-110 y permanece en esa posición por 30 segundos, transcurrido este tiempo la válvula cierra lentamente. b) Transcurrido el tiempo del temporizador t6 el soplador queda fuera de operación. c) La válvula de ingreso de aire de lavado al filtro VA-323 B, cierra. (t7) ETAPA 8. Purga de colchón de aire. a) Confirmado el paro del soplador (SO-121 A o B) la válvula de venteo VA-317 B, abre durante el tiempo del temporizador t8, transcurrido este tiempo la válvula cierra. ETAPA 9. Lavado con agua (tasa alta). a) Concluido el tiempo del temporizador t8 la válvula de lavado tasa alta VA-335 abre. b) La bomba de lavado BC-161 A o B seleccionada, permanece en operación el tiempo programado en el temporizador t9.

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80

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ETAPA 10. Paro de bombas de lavado. a) Concluido el tiempo del temporizador t9 la bomba de lavado BC-161 A o B en operación, para. b) La válvula de agua de lavado VA-332 B, cierra y la válvula de lavado alta tasa VA-335, cierra. c) Da inicio el tiempo de espera configurado en el temporizador t10, concluido este tiempo se procede con la etapa siguiente. ETAPA 11. Llenado de filtro. a) Concluido el tiempo del temporizador t10 da inicio el tiempo de llenado del filtro (t11) para inundar la cama de arena, por lo cual la válvula de alimentación al filtro VA-311 B, abre y permanece en esta posición el tiempo programado en el temporizador t11. ETAPA 12. Producción. a) Concluido el tiempo del temporizador t11 la válvula de salida de agua filtrada VA313 B, abre. b) Todos los temporizadores se resetean y da inicio un nuevo ciclo de filtración, iniciando nuevo. A continuación se muestra el diagrama de flujo del proceso de lavado de filtros segunda en la figura 38.

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81

Automatización de una planta potabilizadora de agua

REGRESO A PRODUCCIÓN: después, la válvula de salida de agua filtrada VA-313 abre. Empieza nuevamente contador de tiempo de servicio.

FILTRACIÓN SEGUNDA ETAPA

PRODUCCIÓN: apertura de válvula VA-311 de alimentación y VA-313 de salida de agua filtrada.

¿Hay Solicitud de lavado por tiempo o alto vacío (PSH-311)?

SI

PARO: cierran válvulas de alimentación VA-311 y de salida VA-313. Inicia tiempo de lavado (5seg).

DRENADO PARCIAL: la VA-312 válvula de salida de agua de lavado abre por 2min y permanece así durante el lavado.

PRESURIZACIÓN LÍNEA DE AIRE: Abre válvula de alivio de presión VA-110 durante 30seg y posteriormente cierra. En este tiempo enciende el soplador de aire de lavado SO-121.

FORMACIÓN DE COLCHÓN DE AIRE: después de 10seg del encendido del soplador la válvula de entrada de aire de lavado VA-323 abre.

LLENADO DE FILTRO: 30seg después, la válvula de alimentación VA-311 abre durante 10min. NO

PARO DE BOMBAS DE LAVADO: se apaga la bomba y la válvula de lavado tasa alta VA-335 cierra, 15seg después la válvula de entrada de agua VA-332 cierra.

LAVADO CON AGUA (TASA ALTA): Abre válvula de lavado VA-335 durante 6min y la bomba continúa encendida.

PURGA DE COLCHÓN DE AIRE: confirmado el paro del soplador de lavado, abre la válvula de venteo VA-317 por 1min y cierra.

PARO DE SOPLADOR: se abre la válvula de alivio de presión VA-110 y 10seg después se apaga el soplador de lavado SO-121 y 15seg después se cierra la válvula de entrada de aire VA-323.

LAVADO CON AGUA+AIRE: se abre la válvula de entrada de agua de lavado VA-332 y 10 seg después enciende la bomba de lavado BC-161 por 15min.

Figura 38. Diagrama de flujo de filtración segunda etapa

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82

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Resumen de secuencia de filtros segunda etapa.

BC-161 A/B

BOMBAS

AIRE LAVADO SOPLADORES SO-121 A/B

Control aire

VA-110 A

Entrada aire

VA-323 A/B/C/D/E

Venteo

VA-317 A/B/C/D/E

Lavado taza alta

VA 335

Entada agua lavado

VA 332 A/B/C/D/E

Dren parcial

VA 312 A/B/C/D/E

Salida

VA 313 A/B/C/D/E

VA 311 A/B/C/D/E

m3/h

Nm3/h

Q DE AGUA

Q DE AIRE

Descripción de la Etapa.

DURACIÓN

ETAPA No.

Entrada

1

Producción agua filtrada (En PRODUCCIÓN).

t1

-----

360.0

A

A

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

2

Paro

t2

-----

-----

C

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

3

Drenado parcial.

t3

-----

-----

C

C

A

C

C

C

C

C

OFF

OFF

4

Presurización línea de aire.

t4

3080.0

-----

C

C

C

C

C

C

A (b)

A (a)

ON

OFF

5

Formación “colchón” de aire

t5

3080.0

-----

C

C

C

C

C

C

A

C

ON

OFF

6

Lavado con agua (tasa baja) + aire

t6

3080.0

448.0

C

C

C

A

C

C

A

C

ON

ON

7

Paro de soplador

t7

-----

448.0

C

C

C

A

C

C

C

C

OFF

ON

8

Purga colchón de aire

t8

100.0

-----

C

C

C

A

C

A

C

C

OFF

ON

9

Enjuague con agua (tasa alta)

t9.

-----

1120.0

C

C

C

A

A

C

C

C

OFF

ON

10

Paro de bombas de lavado

t10

-----

-----

C

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

11

Llenado de filtro

t11

-----

360.0

A

C

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

12

Producción agua filtrada (En PRODUCCIÓN).

t1

-----

360.0

A

A

C

C

C

C

C

C

OFF

OFF

NOTAS: En todos los pasos de la secuencia de operación, se deben cumplir todas las condiciones de paro o arranque de equipos, así como la apertura o cierre de válvulas y de permisivos para poder pasar a la siguiente etapa. (a) Al detectarse el arranque del soplador, la válvula VA-110 A abre durante 10 segundos y cierra lentamente. (b) Después de 10 segundos del arranque del soplador la válvula VA-323 X abre lentamente.

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83

Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.5

Criterios de operación y mantenimiento

Mantenimiento de la unidad de filtración (primeras y segundas baterías) Filtro Este mantenimiento se reduce a: ¾ Cambio de las espreas21 defectuosas. ¾ Comprobar el estado de los dispositivos de indicación de presión y cambiar según sea necesario. ¾ Comprobar, después del lavado y el restablecimiento a la normalidad del filtro, que la Pérdida de carga sigue siendo constante en el tiempo. Un constante aumento en la pérdida de carga sería una indicación de la falta de lavado. Compruebe en este caso los flujos de agua y de aire de lavado. Si estos flujos son normales, extender la duración de las secuencias de soplado y de enjuague. ¾ Compruebe periódicamente que no hay ninguna pérdida significativa de material de filtración durante el lavado. Elementos Electromecánicos ¾ Dar mantenimiento periódico a los sopladores, bombas, etc ... ¾ Comprobar periódicamente el estado de los filtros de los sopladores y la fijación de las válvulas de seguridad. ¾ Comprobar con regularidad las válvulas automáticas (presión y calidad del aire, etc); la presión de control de las válvulas automáticas (5.5Bar) debe ser verificada periódicamente, así como su tiempo de maniobra (entre 15 y 20 seg.).

Purgar diario el compresor de aire (utilizar tapones auditivos).

21

Ver glosario

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.5.1 Problemas más comunes y sus soluciones (primeras y segundas baterías) Ciclos de Filtración cortos CAUSAS PROBABLES

INTERVENCIONES

Cantidad de sólidos en suspensión más Comprobar la calidad del agua a elevada en el agua a filtrar. filtrar y corregir si es posible. Llevar a cabo el lavado del filtro. Pobre lavado de filtro.

Hacer uno sucesivos.

a

varios

lavados

Tabla 6. Mantenimiento de ciclos cortos de filtración

Pérdida de arena durante el lavado CAUSAS PROBABLES Flujo de agua de demasiado importante. Horizontalidad vertederos.

Esprea rota.

de

INTERVENCIONES lavado Reducir el flujo del agua de lavado. los

Comprobar si no hubo compactación del terreno o erosión con el agua. Si es así, pulir o agregar un revestimiento a los vertederos. Sustituir la esprea dañada.

Tabla 7. Mantenimiento de pérdida de arena durante el lavado

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85

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Pérdida de arena durante la filtración CAUSAS PROBABLES

INTERVENCIONES

Esprea del falso fondo Verificar el falso fondo y cambiar la esprea defectuosa: cráter visible en defectuosa. filtración o burbujeo importante Para cambiar la esprea sin problemas, hay durante el lavado. que excavar la arena por encima de la esprea y colocar un marco para evitar los deslizamientos de arena. Comprobar antes de colocar la esprea, que el agujero de fijación este limpio, cambiar el empaque y apretar la esprea a mano. Tabla 8. Mantenimiento pérdida de arena durante la filtración

Desigualdad de Burbujeo durante la fase de aeración CAUSAS PROBABLES

INTERVENCIONES

Esprea tapada.

Limpiar o cambiar la esprea defectuosa.

Esprea rota.

Cambiar de esprea y poner un empaque nuevo.

Quitar la arena sobre el sello y volver a Sello impermeable entre hacer el sello. placas de concreto defectuoso. Tabla 9. Mantenimiento desigualdad de burbujeo durante la fase de aeración

Variación de Pérdida de Carga al Arranque CAUSAS PROBABLES Velocidad cambió.

de

INTERVENCIONES

filtración Verificar la repartición igual del agua sobre los filtros.

Arena sucio por algas o Lavado enérgico, con cloración si presencia de materia orgánica. algas. Tabla 10. Mantenimiento Variación de Pérdida de Carga al Arranque

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Nota importante para el mantenimiento: Para cualquier intervención sobre y en un filtro mientras que la producción continúa en los otros, bloquear todas las válvulas en manual. Registrar estas válvulas por medio de señales para prohibir su manipulación. Asegurarse de la única presencia de personal autorizado para tal intervención. Para cualquier mantenimiento bajo el falso fondo de los filtros a través de una boca de inspección (mínimo 600 mm de diámetro), solo una persona capacitada entrará y estará asegurada (cuerda, arnés) y supervisada por otro operador. Se enviará aire por medio del soplador de lavado durante mínimo una hora para cambiar el aire antes que entre una persona. Llevar equipos de protección personal así como un detector de gas H2S, una máscara de gas y otros equipos de protección personal (zapatos y lentes de seguridad).

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87

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3.5.2 Principales problemas y soluciones del Compresor. Problema

Causa Probable

Remedio

El compresor no arranca

El motor no tiene corriente

Revisar las protecciones eléctricas Revisar conexiones.

Mala conexión de las fases en el motor

Revisar conexiones

Falso contacto en botón pulsador

Reemplace

Paro de emergencia activado

Revisar estado del equipo y re-establecer el botón de Paro de Emergencia

Bandas rotas

Reemplace

Desconexión eléctrica por sobrecarga en el Identifique la condición de sobrecarga y motor reestablezca Pérdida de volumen de

Filtro de admisión tapado, sucio o dañado

Limpie la obstrucción o remplace

aire (flujo de operación)

Válvula de admisión o descarga cerradas

Abra as válvulas de admisión y descarga

Baja opresión de aire

Mayor demanda de aire que la capacidad Revise el consumo de aire o fugas en la red del compresor de distribución Filtro de admisión tapado, sucio o dañado

Limpie la obstrucción o remplace

Anillo o cilindros gastados

Remplace

Calentamiento excesivo

Rotación equivocada

Corrija rotación del equipo

del compresor

Falta parcial de lubricante

Revisar depósitos de lubricante y reponer nivel de ser necesario

El equipo hace ruido

Mala lubricación

Revisar depósitos de lubricante y reponer nivel de ser necesario.

Tuerca del volante o polea floja

Detenga el quipo e inspeccione, corrija.

Rodamientos dañados

Remplace las partes dañadas

Mala cimentación o anclaje

Revisar el apriete de las anclas y nivelación de equipo.

Volante y poleas mal balanceados

Corrija

Vibración del equipo

Tabla 11. Mantenimiento del compresor

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3.5.3 Principales problemas y soluciones del soplador de lavado. Problema

Causa Probable

Remedio

Pérdida de lubricante

Mal sello de la cubierta

Apriete los pernos de la cubierta

Falla del empaque

Desensamble y remplace el empaque.

Tapón de drenaje mal sellado

Apriete el tapón de drenaje.

Desgaste excesivo de Lubricación inapropiada engranaje o del cojinete Excesiva tensión de bandas

Corrija el nivel de aceite. Ajuste apropiadamente

Desalineamiento del acoplador

Realinear

Pérdida de volumen de

Bandas flojas o rotas

Ajuste apropiadamente la tensión o reemplace

aire (flujo de operación)

Aumento en la separación de los lóbulos

Verifique separación de lóbulos

Velocidad demasiado baja Obstrucción de tuberías

Incremente la velocidad del soplador dentro de sus límites permisibles Revise que la trayectoria esta abierta.

Unidad fuera de tiempo

Ajustar

Presión diferencial excesiva

Reduzca la presión diferencial

Engranes gastados

Reemplace

Separación escasa

Corrija las separaciones

Presión de funcionamiento excesiva

Reduzca la presión diferencial recomendada

Temperatura de funcionamiento excesiva

Reduzca la temperatura recomendada

Golpeteo (ruido)

Fricción en el rotor

Excesiva temperatura en el Demasiado o poco aceite en el depósito del Corrija el nivel de lubricante soplador engranaje Baja velocidad de operación Incremente la velocidad del soplador dentro de sus límites permisibles Filtro o silenciador obstruido Elimine causa de obstrucción

Vibración

El soplador no arranca

Presión de funcionamiento excesiva

Reduzca la presión diferencial recomendada

Temperatura de entrada elevada

Reduzca la temperatura recomendada

Desalineamiento de las bandas o el cople

Realinear

Rozamiento de los lóbulos

Verifique y corrija

Desbalanceo en los lóbulos

Verifique y corrija

El motor no tiene corriente

Revisar las protecciones eléctricas

Mala conexión de las fases en el motor

Revisar conexiones

Falso contacto en botón pulsador

Reemplace

Paro de emergencia activado

Revisar estado del equipo y re-establecer el botón de Paro de Emergencia Reemplace

Bandas rotas

Desconexión eléctrica por sobrecarga en el Identifique la motor reestablezca

condición

de

sobrecarga

y

Tabla 12. Mantenimiento de sopladores de lavado

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89

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3.5.4 Principales problemas y soluciones de la bomba de lavado. Problema

Causa Probable

Remedio

La bomba no arranca

El motor no tiene corriente

Revisar las protecciones eléctricas Revisar conexiones.

Mala conexión de las fases en el motor

Revisar conexiones

Falso contacto en botón pulsador

Reemplace

Paro de emergencia activado

Revisar estado del equipo y re-establecer el botón de Paro de Emergencia

Bomba o tubería no han sido venteadas

Ventear el sistema

Desconexión eléctrica por sobrecarga en el Identifique la condición de sobrecarga y motor reestablezca Obstrucción en la succión del equipo

Retirar la obstrucción.

Se ha activado la protección por alta Revisar la bomba humedad Se ha activado protección por alta Temp.

Revisar la bomba

Pérdida de flujo o flujo

Alta presión en descarga del quipo

Abra la válvula de descarga para baja presión

escaso, o cabeza

Válvula de descarga parcialmente abierta

Abra la válvula de descarga

demasiado baja

Succión o descarga bloqueadas

Retire la obstrucción

Daño en el impulsor

Remplace o repare

Sentido de rotación del impulsor incorrecto

Cambie el sentido de rotación del rotor

Muy Bajo nivel de agua durante a operación

Restablezca el nivel óptimo de operación.

Alto consumo de energía

Bomba fura de limites operativos

Restablezca la operación optima del equipo

y/o potencia

Basura o fibras en el impulsor

Limpie y retire el material obstructor

Rodamiento radial defectuoso

Remplace los rodamientos

Voltaje de operación insuficiente

Revise el suministro eléctrico, revise las conexiones

Mala lubricación

Revisar depósitos de lubricante y reponer nivel de ser necesario.

Objeto atascado en el impulsor

Detenga el quipo e inspeccione, retirar el objeto atascado.

Soporte de rodamiento dañado

Remplace las partes dañadas

El equipo hace ruido

Tabla 13. Mantenimiento de bombas de lavado

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3.5.5 Principales problemas dosificadoras. Problema La bomba arranca

y

soluciones

Causa Probable no

El motor no tiene corriente

de

las

bombas

Remedio Revisar las protecciones eléctricas Revisar conexiones.

Mala conexión de las fases en el motor

Revisar conexiones

Falso contacto en botón pulsador

Reemplace

Paro de emergencia activado

Revisar estado del equipo y re-establecer el botón de Paro de Emergencia

Desconexión eléctrica por sobrecarga en el motor

Identifique la condición de sobrecarga y reestablezca

Interruptor pro alta presión activo

Verifique la descarga de la bomba

Protección por alta temperatura activado

Verifique y reestablezca

Obstrucción en la descarga del equipo

Retirar la obstrucción.

Pérdida de flujo o flujo

Alta presión en descarga del quipo

Abra la válvula de descarga p/ bajar presión

escaso, o cabeza

Válvula de descarga parcialmente abierta

Abra la válvula de descarga

demasiado baja

Succión o descarga bloqueadas

Retire la obstrucción

Daño en el impulsor

Remplace o repare

Sentido de rotación del impulsor incorrecto

Cambie el sentido de rotación del rotor

Bomba fura de limites operativos

Restablezca la operación optima del equipo

Basura o fibras en el impulsor

Limpie y retire el material obstructor

Rodamiento radial defectuoso

Remplace los rodamientos

Voltaje de operación insuficiente

Revise el suministro eléctrico, revise las conexiones

Mala lubricación

Revisar depósitos de lubricante y reponer nivel de ser necesario.

Objeto atascado en el impulsor

Detenga el quipo e inspeccione, retirar el objeto atascado.

Soporte de rodamiento dañado

Remplace las partes dañadas

Alto consumo energía

de

y/o potencia

El equipo hace ruido

Tabla 14. Mantenimiento de bombas dosificadoras

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91

Automatización de una planta potabilizadora de agua

3.6

Historial de alarmas

Las alarmas son indicativo de que algo falló o de que ocurrió un evento en cada una de las etapas. Las alarmas en general son para protección del proceso: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Alto nivel en canal de alimentación Bajo nivel en cisterna de lavado Alto nivel en cisterna de lavado Bajo nivel en tanque de hipoclorito Bajo nivel en tanque de acido fosfórico Baja presión en cabezal de aire de instrumentos Solicitud de lavado en filtro primera etapa A/B/C Solicitud de lavado en filtro segunda etapa A/B/C Solicitud de lavado en nitrazur A/B/C Bajo flujo de agua tratada Turbiedad alta de agua tratada Bajo nivel en cisterna de agua tratada Alto nivel en cisterna de agua tratada Bajo nivel en nitrazur A/B/C Alta presión en nitrazur A/B/C

Y protección del equipo. ¾ Falla bomba de lavado BC-141 X ¾ Falla bomba de lavado BC-151 X ¾ Falla bomba de lavado BC-161 X ¾ Falla bomba de alimentación BC-171 X ¾ Falla bomba de agua tratada BC-331 X ¾ Falla soplador de lavado SO-121 X ¾ Falla soplador de servicio SO-221 X ¾ Alta presión en descarga de bombas de lavado de filtros primera etapa ¾ Alta presión en descarga de bombas de alimentación de nitrazur ¾ Alta presión en descarga de bombas de lavado de filtros segunda etapa y nitrazur ¾ Alta presión de descarga de bombas de agua tratada

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4 DESARROLLO DE INGENIERÍA En el capítulo anterior se mencionaron los criterios y pasos más importantes para la puesta en marcha y operación de la planta, la cual fue indispensable para describir la lógica de operación. En este capítulo se mencionarán los elementos utilizados en los tableros de control, así como las características de los módulos del PLC que integran el tablero. La arquitectura de control que se utilizó y el código de programa más representativo de las rutinas de cada etapa.

4.1

Tableros de control de la planta

El tablero de control TC-101 corresponde a la etapa de filtros primera etapa y dosificación de hipoclorito de sodio.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Elementos que integran el tablero de Filtros Primera Etapa Interruptor general Fuente de alimentación de 24 VCD Módulo FPGXY64D2T Módulo FPG-C32T2H Módulo de entradas analógicasFP0-A21-A Módulo de salidas analógicas FP2-A041-A FPG-COM4 casete de comunicación Relevadores encapsulados Clemas Tabla 15. Elementos que integran el tablero de filtros primera etapa

El tablero de control TC-102 corresponde a la etapa de nitrazur.

1 2 3 4 5 6 7 8

Elementos que integran el tablero de Nitrazur Interruptor general Fuente de alimentación de 24 VCD Módulo FPG-C32T2H Módulo de entradas analógicasFP0-A80-A Módulo salidas digitales FP0-E16YT y FP0-E8YT FPG-COM4 casete de comunicación Relevadores encapsulados Clemas Tabla 16. Elementos que integran el tablero de nitrazur

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93

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El tablero de control TC-103 corresponde a la etapa de filtros segunda etapa.

1 2 3 4 5 6 7 8

Elementos que integran el tablero de Filtros Segunda Etapa Interruptor general Fuente de alimentación de 24 VCD Módulo FPG-C32T2H Módulo de entradas analógicasFP0-A80-A Módulo de salidas digitales FP0-E16YT y FP0-E8YT FPG-COM4 casete de comunicación Relevadores encapsulados Clemas Tabla 17. Elementos que integran el tablero de filtros segunda etapa

El tablero de control TC-104 corresponde al centro de control de motores y compresor.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Elementos que integran el tablero de control de cuarto de maquinas Interruptor general Fuente de alimentación de 24 VCD Fuente de alimentación del rack FP2-PSA3 Unidad de CPU FP2-C2 Módulo FP2XY64D2T Módulo FP2X64D2 Módulo de entradas analógicasFP2-AD-8VI Módulo de salidas analógicas FP2-DA-4 Módulo FP2-MCU Relevadores encapsulados Clemas Tabla 19. Elementos que integran el tablero de centro de control de motores

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94

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4.2

Características de los PLC’s y módulos de cada etapa

FILTROS PRIMERA ETAPA Módulo FPG-C32T2H ( PLC Σ), es programación de ésta etapa.

el encargado de almacenar toda la

¾ Es posible conectarle hasta 7 expansiones de entradas y salidas o módulos inteligentes ¾ Utilizando el puerto de programación (RS232C) existente en todas las CPUs, es posible comunicarse con un ordenador personal o con una pantalla de operación. ¾ Las funciones de comunicación se mejoran al permitir las funciones: Comunicación 1:N y función de enlace a PLC (hasta 16 estaciones). ¾ Almacena 12 k pasos de programa, dispone de 32.765 registros de datos ¾ Para su programación, es necesario disponer del software FPWIN GR2.0 y FPWIN Pro 5.0 ¾ Presenta como estándar las funciones de contador de alta velocidad y salida de pulsos. La salida de pulsos puede alcanzar una frecuencia de 100 kHz, lo que permite controlar el posicionamiento de un motor paso a paso o un servomotor. ¾ El máximo número de entradas y salidas es de 32, ¾ Método de programación: diagrama de contactos/Método de control: operación cíclica.

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Módulo FPGXY64D2T (entradas y salidas digitales), En las entradas se obtienen las señales de los interruptores de presión, de nivel, en cuanto a las salidas se conectan a las válvulas solenoides. ¾ La expansión de 64 puntos consta de 32 puntos de entrada y 32 puntos de salida a transistor NPN ¾ Entradas discretas: aislamiento optoacoplador, margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Salidas discretas: 21.6 a 26.4 VCD Transistor NPN Colector abierto con aislamiento por opto acoplador. Se muestra el diagrama eléctrico en la figura 39.y 40.

Figura 39. Diagrama de entradas del PLC

Figura 40. Diagrama de salidas del PLC

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Módulo FP0-A21-A (entradas analógicas), se obtienen las señales de los transmisores de flujo, nivel, presión. ¾ Margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Tiene 2 canales de entrada el 0 y 1 ¾ Rango de voltaje de entrada:0 a 5V y de -10 a +10 / Rango de corriente de entrada: 0 a 20mA ¾ Salida digital 0 a 5V/0 a 20mA: k0 a k4000 ¾ Resolución de 1 a 4000 ¾ Número de entradas son 32: 16 para la primera mitad en el canal 0 [WX2(X20 a X2F)] y 16 para la segunda mitad en el canal 1[WX3(X30 a X3F)] Características de conversión Analógico-Digital(A/D) Rango de corriente de 0-20mA CD Si el valor de la entrada de corriente es 0mA o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 20mA o más el valor de la conversión será 4000. El cual se muestra en la figura 41.

Figura 41. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 0-20mA

Entrada de corriente (mA) 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0

Valor de conversión A/D 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Tabla 20. Tabla de conversión de valores de A/D de 0-20mA Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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Rango de voltaje de 0-5V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de 0V o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 5V o más el valor de la conversión será 4000. El cual se muestra en la figura 42.

Figura 42. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de 0-5V

Entrada de voltaje (V) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Valor de conversión A/D 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000

Tabla 21. Tabla de conversión de valores de A/D de 0-5 VCD

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98

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de voltaje de -10 a +10V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de -10V o menos el valor de la conversión será 2000 y si el valor es de +10V o más el valor de la conversión será +2000. El cual se muestra en la figura 43.

Figura 43. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10-+10V

Entrada de voltaje (V) -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 +2.5 +5.0 ´+7.5 +10.0

Valor de conversión A/D -2000 -1500 -1000 -500 0 +500 +1000 +1500 +2000

Tabla 22. Tabla de conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD

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Módulo FP2-A041-A (salidas analógicas), control de bombas dosificadoras. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Rango de voltaje: 21.6 a 26.4VDC Tiene 4 canales de salida de corriente: canal 0 y 2 [WY2], canal 1 y 3 [WY3] Rango de salida es de 4 a 20mA Entrada digital es de k0 a k4000 Resolución de 1 a 4000

Características de conversión, tipo de salida corriente Rango de corriente de 4-20mA El cual se muestra en la figura 44.

Figura 44. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA

Valor de entrada digital 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Salida de corriente (mA) 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0

Tabla 23. Conversión de valores de D/A de 4-20mA

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100

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Módulo FPG-COM4 (casete de comunicación), es el encargado de enlazarse con los otros PLC’s. Tiene 1 puerto RS-485 a 2 hilos y 1 puerto RS-232C a 3 hilos. Permite comunicación en modo Computer Link(comunicación 1:1 y comunicación 1:N) y comunicación en modo General. Además se utiliza para crear redes del tipo Enlace a PLC. En la figura 45 se muestra la disposición de los pines del casete de comunicación. Abreviatura

⁺ ‐ SD RD SG

Nombre 

Dirección de la señal

Línea de transmisión (+) Linea de transmisión (‐) Petición de envio Habilitación de envio Tierra

Unidad                      Elemento externo Unidad                      Elemento externo

Tabla 24. Disposición de los pines del casete de comunicación

Figura 45. Disposición de pines del casete de comunicación RS-485

Objeto Método de comunicación Método de transmisión Tipo de transmisión Distancia de transmisión (máxima) Velocidad de transmisión(Baud rate) Número de estaciones Capacidad de memoria compartida Interface

Descripción Bus controlado por testigo Método maestro por turnos Part trenzado ó VCTF 1200m 115.2Kbits Máximo 16 reles de enlace 1.024, registros de enlace 128 conforme a RS‐485

Tabla 25. Función de Enlace a PLC

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101

Automatización de una planta potabilizadora de agua

NITRAZUR Y FILTROS SEGUNDA ETAPA El módulo FPG-C32T2H ( PLC ∑) y el módulo FPG-COM4 (casete de comunicación), también se utilizan en éstas etapa de la planta pero ya fueron explicados anteriormente. Por lo que se explicaran los módulos faltantes. Módulo FP0-A80-A (entradas analógicas), llegan las señales de los transmisores de flujo, presión y el turbidímetro es en filtros segunda. ¾ Rango de voltaje: 21.6 a 26.4VDC ¾ Tiene 8 canales de entrada los canales 0,2,4,6[WX2(X20 a X2F)] cada uno 16 puntos; los canales 1,3,5,7 [WX3(X30 a X3F)] cada uno 16 puntos ¾ Salida digital 0 a 5V / 0 a 20mA: k0 a k4000 ¾ Resolución de 1 a 4000 Características de conversión Analógico-Digital(A/D) Rango de corriente de 0-20mA CD Si el valor de la entrada de corriente es 0mA o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 20mA o más el valor de la conversión será 4000. El cual se muestra en la figura 46.

Figura 46. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 0-20mA

Entrada de corriente (mA) 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0

Valor de conversión A/D 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Tabla 26 Conversión de valores de A/D de 0-20mA

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102

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de voltaje de 0-5V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de 0V o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 5V o más el valor de la conversión será 4000. El cual se muestra en la figura 47.

Figura 47. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje 0-5V

Entrada de voltaje (V) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Valor de conversión A/D 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000

Tabla 27. Conversión de valores de A/D de 0-5 VCD

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103

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de voltaje de -10 a +10V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de -10V o menos el valor de la conversión será 2000 y si el valor es de +10V o más el valor de la conversión será +2000. El cual se muestra en la figura 48.

Figura 48. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10 a ´+10

Entrada de voltaje (V) -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 +2.5 +5.0 ´+7.5 +10.0

Valor de conversión A/D -2000 -1500 -1000 -500 0 +500 +1000 +1500 +2000

Tabla 28. Conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD

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104

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Módulo FP0-E16YT (salidas digitales), se conectan a las válvulas solenoides. ¾ Salidas: aislamiento optoacoplador, margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Margen de tensión de carga: 5 a 24VCD ¾ Salidas por común: 16 puntos[Y20 A Y2F]

Módulo FP0-E8YT (salidas digitales), se conectan a las válvulas solenoides. ¾ Salidas: aislamiento optoacoplador, margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Margen de tensión de carga: 5 a 24VCD ¾ Salidas por común: 8 puntos[Y20 A Y27] En la figura 49 se muestra el diagrama eléctrico.

Figura 49. Diagrama de salidas del PLC

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105

Automatización de una planta potabilizadora de agua

CENTRO DE CONTROL DE MOTORES Módulo FP2-C2 (PLC), es el que almacena todo el programa de ésta etapa. ¾ Es posible conectarle hasta 12 expansiones de entradas y salidas o módulos inteligentes ¾ Utilizando el puerto de programación (RS232C) existente en todas las CPUs, es posible comunicarse con un ordenador personal o con una pantalla de operación. ¾ Las funciones de comunicación se mejoran al permitir las funciones: Comunicación 1:N y función de enlace a PLC. ¾ Almacena 60 k pasos de programa, dispone de 10.240 registros de datos ¾ Para su programación, es necesario disponer del software FPWIN GR2.0 y FPWIN Pro 5.0 ¾ Método de programación: diagrama de contactos/Método de control: operación cíclica. Módulo FP2-AD-8VI (entradas analógicas), se obtiene la señal del flujo de entrada. ¾ Rango de entrada(resolución): voltaje de -10 a +10V(1765536) y de 1 a 5V(1/13107); corriente de -20 a 20mA(1/32768) y de 4 a 20mA(1/13107) ¾ Tiene 8 canales: del 0 al 7, la ocupación de puntos es de 128 ¾ La conversión tiene una rapidez de 500µs ya sea en rango de voltaje o corriente

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106

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de entrada de corriente de 4 A 20mA Si el valor de la entrada de corriente es 4mA o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 20mA o más el valor de la conversión será +13107. El cual se muestra en la figura 50.

Figura 50. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA

Entrada de corriente (mA) 20 16 12 8 4

Valor de conversión A/D 13107 9829 6553 3276 0

Tabla 29. Conversión de valores de A/D de 4-20mA

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de entrada de corriente de -20 A +20mA Si el rango va de 20mA o más y de -20mA o menos. La conversión cambia de los valores 16383 a 32767 o -16384 a -32768 siempre que el rango de la salida sea permisible, pero no es garantizado. El cual se muestra en la figura 51.

Figura 51. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de -20 a +20mA

Entrada de corriente (mA) 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20

Valor de conversión A/D 16383 12287 8191 4095 0 -4096 -8192 -12288 -16384

Tabla 30. Conversión de valores de A/D de +20 a -20mA

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Rango de voltaje de 0-5V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de 1V o menos el valor de la conversión será 0 y si el valor es de 5V o más el valor de la conversión será 13107. El cual se muestra en la figura 52.

Figura 52. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje 0-5V

Entrada de voltaje (V) 5 4 3 2 1

Valor de conversión A/D 13107 9829 6553 3276 0

Tabla 31. Conversión de valores de A/D de 1-5 VCD

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109

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de voltaje de -10 a +10V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de -10V o menos el valor de la conversión será 32766 y si el valor es de +10V o más el valor de la conversión será +32767. El cual se muestra en la figura 53.

Figura 53. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10 a ´+10

Entrada de voltaje (V) 10.0 7.5 5.0 2.5 0.0 -2.5 -5.0 -7.5 -10.0

Valor de conversión A/D 32767 24575 16383 8191 0 -8192 -16384 -24576 -32768

Tabla 32. Conversión de valores de A/D de +10 a -10 VCD

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110

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Módulo FP2-DA-4 (salidas analógicas), se obtiene la frecuencia de los variadores de las bombas de lavado, de nitrazur, de la red, de sopladores de lavado y servicio; así como las bombas dosificadoras de ácido fosfórico.

¾ Rango de entrada(resolución): voltaje de -10 a +10V y corriente de 0 a 20mA ¾ Tiene 4 canales: del 0 al 3, la ocupación puntos es de 64 ¾ La conversión tiene una rapidez de 500µs ya sea en rango de voltaje o corriente

Rango de entrada de corriente de 0 A 20mA. El cual se muestra en la figura 53.

Figura 53. Grafica de conversión analógica-digital de corriente de 4-20mA

Valor de conversión 4095 3071 2047 1023 0

Valor de salida (mA) 20 15 10 5 0

Tabla 33. Conversión de valores de D/A de 0-20mA

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111

Automatización de una planta potabilizadora de agua

Rango de voltaje de -10 a +10V CD Si el valor de la entrada de voltaje es de -10V o menos el valor de la conversión será 32766 y si el valor es de +10V o más el valor de la conversión será +32767. El cual se muestra en la figura 54.

Figura 54. Grafica de conversión analógica-digital de voltaje de -10 a ´+10

Valor digital (k) 2047 1535 1023 511 0 -512 -1024 -1536 -2084

Valor de salida analógica(V) 10 7.5 5 2.5 0 -2.5 -5.0 -7.5 -10

Tabla 34. Conversión de valores de D/A de +10 a -10 VCD

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Automatización de una planta potabilizadora de agua

Módulo FP2XY64D2T (entradas y salidas digitales), se obtienen las señales del los variadores de frecuencia de las bombas y sopladores de aire, y corresponden al retroaviso, modo de operación, y falla. ¾ La expansión de 64 puntos consta de 32 puntos de entrada y 32 puntos de salida a transistor NPN ¾ Entradas discretas: aislamiento optoacoplador, margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Salidas discretas: 21.6 a 26.4 VCD Transistor NPN Colector abierto con aislamiento por opto acoplador. En la figura 55 se muestra el diagrama eléctrico.

Figura 55. Diagrama de entradas y salidas del PLC

Módulo FP2X64D2(entradas digitales) ¾ Entradas discretas: aislamiento optoacoplador, margen de tensión de entrada 21.6 a 26.4VDC ¾ Número de entradas en común 32 En la figura 56 se muestra el diagrama eléctrico.

Figura 56. Diagrama de entradas del PLC

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Módulo FP2-MCU ¾ Puerto serial de 2 canales ¾ La distancia de transmisión es de 1200m ¾ Velocidad (Baud rate): 115200bps ¾ Máximo 16 unidades para la comunicación ¾ Capacidad de PC Link: relevadores 1024 puntos y registros(datos) 128 palabras ¾ Interface: RS485 ¾ Método de comunicación: token bus(floating master) ¾ Modo de comunicación: PC Link En la figura 57 se muestra el diagrama eléctrico.

Figura 57. Diagrama conexión por el puerto RS-485

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114

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4.3

Comunicación entre PLC’s

Modo de comuncación Enlace a PLC El enlace a PLC es una red de autómatas sencilla de realizar a través de un cable de par trenzado. Los datos entre diferentes autómatas se comparten a través de los relés de enlace (L) y los registros de enlace (LD). El estado de los relés de enlace y registros de enlace de un PLC se transmite automáticamente al resto de autómatas de la red. Para realizar una red de este tipo, es necesario configurar el registro de sistema nº. 412 con la opción “Enlace a PLC”. Los relés y registros de enlace se dividen en dos grupos: Datos de envío y datos de recepción. Al activar un relé de enlace (configurado en el área de envío) de un autómata, se activará el mismo relé de enlace (configurados en las áreas de recepción) en el resto de autómatas. Ocurrirá lo mismo con el contenido de los registros de enlace. El número de estación y la configuración de las áreas de envío de los datos de enlace se configuran en los registros de sistema. En la figura 58 se muestra el diagrama de conexión de PLC

Figura 58. Diagrama de conexión de PLC por RS-485

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Configuración de los Parámetros de Comunicación Por defecto la red de enlace a PLC está deshabilitada. Será necesario configurar el modo de comunicación, número de estación y las áreas de enlace utilizando un software de programación (FPWIN Pro o FPWIN GR). En el enlace aPLC, el formato de la comunicación y la  velocidad de transmisión es fija: − Formato de la comunicación: Longitud de datos 8bits Paridad Impar Bits de parada 1 Baudios 115200bps Tabla 35. Parámetros de enlace a PLC

Modo de Comunicación Procedimiento con FPWIN GR: 1. Opción --> Configuración del PLC 2. Seleccionar la etiqueta “COM1” Existe una etiqueta de configuración para cada puerto. No. 412 Modo Com. Clic y seleccionar “PC Link”. Procedimiento con FPWIN Pro: 1. Doble--clic en la opción “PLC” del navegador del proyecto 2. Doble--clic “Registros de Sistema” 3. Doble--clic “Puerto RS232C” Existen zonas independientes para los puertos 1 y 2. Nº. 412: Selección del puerto RS232C del puerto 1, Clic y seleccionar “Enlace a PC”.

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116

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Número de Estación Por defecto, el número de estación del puerto adicional definido en los registros de sistema es 1. Para realizar una red del tipo enlace a PLC, los autómatas de la red han de tener diferentes números de estaciones. El número de estación se puede configurar modificando los registros de sistema con el FPWIN Pro o FPWIN GR o mediante los interruptores laterales de la unidad de control del FPΣ. Los interruptores de la unidad de control anulan la configuración del número de estación de los registros de sistema. Configuración del número de estación mediante los registros de sistema Para ello es necesario un software de programación como el FPWIN Pro o FPWINGR. Procedimiento con FPWIN GR: 1. Opción --> Configuración del PLC 2. Nº. 410 Nº Unidad (para el puerto 1), Clic y seleccionar un número entre 1 y 16. Procedimiento con FPWIN Pro: 1. Doble--clic en la opción “PLC” del navegador de proyecto 2. Doble--clic “Registros de Sistema” 3. Doble--clic “Puerto RS232C” 4. Introducir un número entre 1 y 16 en el registro de sistema nº. 410 (para el puerto adicional 1) Configuración del número de estación mediante los interruptores Los interruptores de configuración del número de estación se encuentran bajo la solapa protectora del lateral izquierdo de la unidad de control del FPΣ. Mediante el selector y el interruptor se configura el número de estación entre 1 y 16. En la figura 59 se muestra el interruptor de selección del casete de comunicación de PLC

Figura 59. Interruptor de selección

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117

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Rueda  selectora 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Número de estación Interruptor  Interruptor  OFF: ON: 16 1 2 3 4 5 6 7 NO  8 DISPONIBLE 9 10 11 12 13 14 15

Tabla 36. Tabla de configuración del número de estación

Área de Enlace El enlace a PLC es una función que implica a todos los autómatas conectados a la red. Para utilizar la función de enlace a PLC, es necesario configurar las áreas de enlace. Configurar el área de envío tanto para los relés como para los registros de enlace. Las áreas de enlace se configuran mediante los registros de sistema: Número Nº.40 Nº.41 Nº.42 Nº.43 Nº.44 Nº.45

Nombre Rango de relés de enlace utilizados para el enlace a PLC Rango de registros de enlace utilizados para el enlace a PLC Dirección de inicio del área de envio de los relés de enlace Tamaño del área de envio de los réles de enlace Dirección de inicio del área de envio de los registros de enlace Tamaño del área de envio de los registros de enlace

Valor 0 a 64 palabras 0 a 128 palabras 0 a 63 0 a 64 palabras 0 a 127 0 a 127 palabras

Tabla 37. Configuración de la red de enlace a PLC

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118

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Figura 60. Áreas de enlace a PLC

Las áreas de enlace consisten en los relés y registros de enlace utilizados por los autómatas de la red para compartir datos entre ellos. Se puede utilizar un máximo de 1024 relés de enlace y un máximo de 128 registros de enlace (palabras). En la figura 60 se muestran las áreas de enlace.

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Lista de Entradas y Salidas al PLC Las entradas, salidas, lazos de control, relevadores, alarmas y set point programable se configuran en el PLC para luego descargarse en la base de datos de las pantallas táctiles. En la tabla se desglosan las partes básicas de la configuración, entradas analógicas/digitales, salidas analógicas/digitales. LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS DE FILTROS PRIMERA ETAPA SEÑALES EN CAMPO

PLC

DESCRIPCIÓN

UNIDADES

INSTRUMENTO

DIRECCIÓN FISICA

LSH-110

Alto nivel en canal de distribución de filtros de 1a. Etapa

ON/OFF

INTERRUPTOR DE NIVEL

X100

LSL-511

Bajo nivel en tanque de hipoclorito de sodio

ON/OFF

INTERRUPTOR DE NIVEL

X106

R116

PSH-111A

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111A

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X101

R112

ETIQUETA

DIRECCIÓN VIRTUAL R111

PSH-111B

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111B

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X102

R113

PSH-111C

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-111C

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X103

R114

PSH-141A

Alta presión bomba agua de lavado BC-141A

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X109

R119

PSH-141B

Alta presión bomba agua de lavado BC-141B

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10A

R11A

PSH-151A

Alta presión bomba agua de lavado BC-151A

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10B

R11B

PSH-151B

Alta presión bomba agua de lavado BC-151B

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10C

R11C

PSH-161A

Alta presión bomba agua de lavado BC-161A

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10D

R11D

PSH-161B

Alta presión bomba agua de lavado BC-161B

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10E

R11E

PSH-171A

Alta presión bomba agua de alimentación BC-171A

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X10F

R11F

PSH-171B

Alta presión bomba agua de alimentación BC-171B

ON/OFF

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X110

R120

LIT-141

Nivel de cisterna de agua de lavado

cm

TRANSMISOR DE NIVEL

WX4

DT50

BD-512A

Selector Local-Fuera-Remoto BD-512A (HS-512A1)

ON/OFF

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 A.

Y2

R37A

Y3

R38A

BD-512B

Selector Local-Fuera-Remoto BD-512B (HS-512B1)

ON/OFF

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 B.

VA-111A VA-112A VA-113A VA-117A VA-123A VA-132A VA-111B VA-112B VA-113B VA-117B VA-123B VA-132B VA-142 VA-111C VA-112C VA-113C VA-117C VA-123C VA-132C VA-335

Entrada de agua cruda Salida agua de lavado / dren parcial Salida agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada agua de lavado Entrada de agua cruda Salida agua de lavado / dren parcial Salida agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada agua de lavado Lavado de taza alta Entrada de agua cruda Salida agua de lavado / dren parcial Salida agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada agua de lavado Lavado de taza alta

ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF ON/OFF

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

Y100 Y101 Y102 Y103 Y104 Y105 Y106 Y107 Y108 Y109 Y10A Y10B Y10C Y10D Y10E Y10F Y110 Y111 Y112 Y113

R300 R301 R302 R303 R304 R305 R306 R307 R308 R309 R30A R30B R30C R30D R30E R30F R310 R311 R312 R313

ZY-512A

Posicionador de bomba de dosificación

0-100%

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 A.

WY2

DT60

HS1-512A

Interruptor de alimentación

ON/OFF

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 A.

Y0

R372

ZY-512B

Posicionador de bomba de dosificación

0-100%

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 B.

WY3

DT62

Y1

R382

Y4/Y5

R4F

HS1-512B

Interruptor de alimentación

ON/OFF

BOMBA DE DOSIFICACACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO BD-512 B.

A-101

Alarma

ON/OFF

FILTROS PRIMERA A/B/C

Tabla 38. Lista de entradas y salidas de Filtración primera etapa Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

120

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LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS DE NITRAZUR SEÑALES EN CAMPO ETIQUETA

DESCRIPCIÓN

INSTRUMENTO

PLC DIRECCIÓN DIRECCIÓN FISICA VIRTUAL

LSL-211A

Bajo nivel en nitrazur 211A

INTERRUPTOR DE NIVEL

X1

LSL-211B

Bajo nivel en nitrazur 211B

INTERRUPTOR DE NIVEL

X2

R111 R112

LSL-211C

Bajo nivel en nitrazur 211C

INTERRUPTOR DE NIVEL

X3

R113

LSH-212

Alto nivel en canal de distribución de filtros Nitrazur

PT-212A

Presión en nitrazur 212A

INTERRUPTOR DE NIVEL

XO

R110

TRANSMISOR DE PRESIÓN

WX6

DT50

PT-212B

Presión en nitrazur 212B

TRANSMISOR DE PRESIÓN

WX7

DT60

PT-212C

Presión en nitrazur 212C

TRANSMISOR DE PRESIÓN

WX6

DT70

VA-211A

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y0

310

VA-212A

Salida de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y1

311

VA-213A

Purga de canaleta de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y2

312

VA-214A

Entrada de agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y3

313

VA-215A

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y4

314

VA-216A

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR A

Y5

315

VA-211B

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

Y6

316

VA-212B

Salida de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

Y7

317

VA-213B

Purga de canaleta de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

Y8

318

VA-214B

Entrada de agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

Y9

319

VA-215B

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

YA

31A

VA-216B

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR B

YB

31B

VA-211C

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

YC

31C

VA-212C

Salida de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

YD

31D

VA-213C

Purga de canaleta de agua tratada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

YE

31E

VA-214C

Entrada de agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

YF

31F

VA-215C

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

Y20

320

VA-216C

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

Y21

321

VA-217

Dren rápido

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. NITRAZUR C

Y22

322

Tabla 39. Lista de entradas y salidas de Nitrazur

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121

Automatización de una planta potabilizadora de agua

LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS DE FILTROS SEGUNDA ETAPA SEÑALES EN CAMPO ETIQUETA

DESCRIPCIÓN

AIT-335

Turbiedad en cisterna de agua tratada TQ-321

LSH-310

Alto nivel en canal de distribución de filtros de la 2a. Etapa

PSH-311A PSH-311B

INSTRUMENTO

PLC

DIRECCIÓN DIRECCIÓN FISICA VIRTUAL

ANALIZADOR

WX7

DT60

INTERRUPTOR DE NIVEL

X0

R110

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311A

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X1

R111

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311B

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X2

R112

PSH-311C

Alto vacío en filtro a gravedad FGR-311C

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X3

R113

PSH-331A

Alta presión bomba agua tratada BC-331A

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X6

R116

PSH-331B

Alta presión bomba agua tratada BC-331B

INTERRUPTOR DE PRESIÓN

X7

R117

FIT-334

Flujo de agua tratada

TRANSMISOR DE FLUJO

WX6

DT50

LIT-333

Nivel en cisterna de agua tratada TQ-321

TRANSMISOR DE NIVEL

WX6

DT70

VA-311A

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y0

R300

VA-312A

Salida agua de lavado / dren parcial

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y1

R301

VA-313A

Salida agua filtrada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y2

R302

VA-317A

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y3

R303

VA-323A

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y4

R304

VA-332A

Entrada agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO A

Y5

R305

VA-311B

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

Y6

R306

VA-312B

Salida agua de lavado / dren parcial

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

Y7

R307

VA-313B

Salida agua filtrada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

Y8

R308

VA-317B

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

Y9

R309

VA-323B

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

YA

R30A

VA-332B

Entrada agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO B

YB

R30B

VA-311C

Entrada de agua cruda

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

YC

R30C

VA-312C

Salida agua de lavado / dren parcial

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

YD

R30D

VA-313C

Salida agua filtrada

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

YE

R30E

VA-317C

Venteo

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

YF

R30F

VA-323C

Entrada de aire de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

Y20

R310

VA-332C

Entrada agua de lavado

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

Y21

R311

VA-110

Control de aire

VÁLVULAS AUTOMÁTICAS. FILTRO C

Y22

R312

A-103

Alarma

FILTROS SEGUNDA A/B/C

Y2F/Y40

R4F

Tabla 40. Lista de entradas y salidas de Filtración segunda etapa

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122

Automatización de una planta potabilizadora de agua

LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS DE CENTRO DE CONTROL DE MOTORES SEÑALES EN CAMPO ETIQUETA LSL-521 PSL-402 PSH-402 PSL-412 FIT-001 ZC-522A ZC-522B HS2-522A HS2-522B HOA-121A1 XS-SIC-121A XA-SIC-121A SIC-121A HOA-121B1 XS-SIC-121B XA-SIC-121B SIC-121B HOA-221A1 XS-SIC-221A XA-SIC-221A SIC-221A HOA-221B1 XS-SIC-221B XA-SIC-221B SIC-221B HOA-221C1 XS-SIC-221C XA-SIC-221 SIC-221C HOA-221D1 XS-SIC-221D XA-SIC-221D SIC-221D HOA-141A1 XS-SIC-141A XA-SIC-141A SIC-141A HOA-141B1 XS-SIC-141B XA-SIC-141B SIC-141B HOA-151A1 XS-SIC-151A XA-SIC-151A SIC-151A HOA-151B1 XS-SIC-151B XA-SIC-151B SIC-151B HOA-161A1 XS-SIC-161A XA-SIC-161A SIC-161A HOA-161B1 XS-SIC-161B XA-SIC-161B SIC-161B HOA-171A1 XS-SIC-171A XA-SIC-171A SIC-171A HOA-171B1 XS-SIC-171B XA-SIC-171B SIC-171B HOA-331A1 XS-SIC-331A XA-SIC-331A SIC-331A HOA-331B1 XS-SIC-331B XA-SIC-331B SIC-331B

DESCRIPCIÓN Bajo nivel en tanque de ácido fosfórico Baja presión compresor de servicio CP-401 Alta presión compresor de servicio CP-401 Baja presión cabezal aire de servicios Flujo de agua cruda Posicionador de bomba de dosificación Posicionador de bomba de dosificación Bomba dosificadora de ácido fósforico Bomba dosificadora de ácido fósforico Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-121A Variador de frecuencia SIC-121A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-121B Variador de frecuencia SIC-121ABen falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-221A Variador de frecuencia SIC-221A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-221B Variador de frecuencia SIC-221Ben falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-221C Variador de frecuencia SIC-221Cen falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador SO-221D Variador de frecuencia SIC-221Den falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-141A Variador de frecuencia SIC-141A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-141B Variador de frecuencia SIC-141Ben falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-151A Variador de frecuencia SIC-151A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-151B Variador de frecuencia SIC-151Ben falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-161A Variador de frecuencia SIC-161A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-161B Variador de frecuencia SIC-161B en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-171A Variador de frecuencia SIC-171A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-171B Variador de frecuencia SIC-171Ben falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-331A Variador de frecuencia SIC-331A en falla. Controlador indicador de velocidad Selector Auto- Manual Confirmación de operación Soplador BC-331B Variador de frecuencia SIC-331B en falla. Controlador indicador de velocidad

INSTRUMENTO INTERRUPTOR DE NIVEL INTERRUPTOR DE PRESIÓN INTERRUPTOR DE PRESIÓN INTERRUPTOR DE PRESIÓN TRANSMISOR DE FLUJO BOMBA DE DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO FÓSFORICO BOMBA DE DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO FÓSFORICO INTERRUPTOR DE ARRANQUE Y PARO INTERRUPTOR DE ARRANQUE Y PARO VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE SOPLADOR VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA VARIADOR DE FRECUENCIA DE BOMBA CENTRIFUGA

PLC DIRECCIÓN DIRECCIÓN FISICA VIRTUAL

W41 W42 W43 WX25 X45 X46 X47 WX26 X51 X52 X53 WX27 X55 X56 X57 WX28 X59 X5A X5B WX29 X5D X5E X5F WX30 X1 X2 X3 WX31 X5 X6 X7 WX32 X9 XA XB WX33 XD XE XF WX34 X11 X12 X13 WX35 X15 X16 X17 WX37 X19 X1A X1B WX38 X1D X1E X1F WX39 X49 X4A X4B WX40 X4D X4E X4F WX41

DT109 (PLC1) DT110 (PLC1) R1088 R108C R17 R197 R2F DT104 (PLC1) R22 R199 R25 DT105 (PLC2) R222 R285 R223 DT111 (PLC1) R224 R287 R225 DT112 (PLC1) R226 R289 R227 DT113 (PLC1) R228 R381 R229 DT114 (PLC1) R58 R181 R66 DT115 (PLC1) R5A R183 R5D DT116 (PLC1) R88 R185 R96 DT117 (PLC1) R8D R187 R8A DT118 (PLC1) R208 R189 R216 DT102 (PLC1) R20A R191 R20D DT103 (PLC1) R308 R193 R316 DT107 (PLC1) R30A R195 R30D DT108 (PLC1) R128 R281 R136 DT330 R12A R283 R12D DT331

Tabla 41. Lista de entradas y salidas de Centro de control de motores

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4.4

Código del programa

4.4.1 Dosificación de hipoclorito de sodio

Figura 61. Lazo de control de dosificación de hipoclorito de sodio

El hipoclorito de sodio se tiene que dosificar de acuerdo al flujo de salida a la planta y es dosificado en filtros segunda etapa. Para ello se realizan los siguientes pasos: ™ Poner los parámetros de operación en la pantalla. ™ El Interruptor de nivel tipo capacitivo envía la señal de 4-20mA al PLC, al módulo de entradas analógicas. ™ Se realizan las operaciones del algoritmo que tiene el programa el valor generado es guardado en una palabra WY y este valor se le envía al PLC.

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Figura 62. Código de dosificación de ácido fosfórico

La dosificación de ácido está en función del flujo de salida, el sensor de flujo obtiene la lectura, este valor es enviado a través de la red de comunicación y llega al PLC ubicado en el tablero del NITRAZUR en el dato DT172, se realizan las operaciones necesarias para convertirlo en flotante y posteriormente es escalado para ser manipulado en el algoritmo que realiza la dosificación. En el paso 99 empieza la rutina de dosificación del químico (hipoclorito de sodio) que empieza con 2 condiciones si la concentración y el porcentaje de carrera son menores o igual a cero no se realizan las operaciones en caso contrario se realizan las siguientes operaciones: Para obtener litros a dosificar en relación al flujo de entrada de

Máxima dosificación alcanzable según configuración entre el valor máximo de la salida del modulo

Valor que es enviado al PLC

Por último si el valor que se requiere de litros a dosificar es mayor a la máxima dosificación se activa R200 y se mueve el valor de 100% al display en la pantalla.

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4.4.2 Encendido y apagado de variadores (bombas centrifugas y sopladores)

Figura 63. Lazo de bombas y soplador de lavado

El PLC envía una señal analógica al variador de 4-20mA para ajustar la frecuencia de operación. El arranque y paro de las bombas y sopladores de aire viene comandado por la secuencia lógica de operación para las rutinas de lavado y filtrado. Las cuales corresponden a salidas digitales del PLC, para el modo de operación automático o manual el PLC recibe una señal digital tipo contacto seco del selector manual-fueraauto ubicado en los tableros del CCM. La secuencia lógica de arranque y paro de las bombas centrífugas BC-171 A/B esta dada por la alimentación de agua hacia el nitrazur, las bombas centrifugas BC-331 A/B está dada por la alimentación de agua hacia la red y las bombas de lavado BC-141 A/B, BC-151 A/B, BC-161 A/B, el soplador SO-121 A/B por la secuencia de lavado de cada etapa correspondiente. El control de la frecuencia de los sopladores de lavado corresponde a un sistema en lazo abierto es decir no existe retroalimentación para ajustarla, el operador es quien establece su valor y el arranque y paro está dada por la secuencia lógica de lavado para los filtros.

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Figura 64. Código de encendido y apagado de variadores

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De modo automático los contactos de red de comunicación Bit001_E, Bit005_8 y Bit002_6 piden la activación del soplador desde cada una de la etapas iniciando por filtros primera , nitrazur y filtros segunda según el que requiera lavado. El R17 es el selector de automático desde tablero físico, R18 es el selector A/B desde las pantallas del PLC, R19 es el selector de automático desde pantalla de PLC. Al cumplirse las condiciones que activan a R20 el soplador de lavado SO-121 A/B enciende de forma automática. De modo manual deben cumplirse las condiciones mencionadas y haber presionado alguno de los botones (R28 es botón del tablero de CCM, Bit003_0 desde filtros primera, Bit005_B desde nitrazur y Bit002_A desde filtros segunda) que activan R29 y el soplador de lavado SO-121 A/B enciende de forma manual. R20 y 29 activan el soplador con el set R33. Los contactos que se utilizaron normalmente abiertos y cerrados para activar, a la desactivación se usan de forma viceversa además se tiene condición de fuera para activar el reset R33 y de este modo se apaga el soplador. Los contactos de red de comunicación LD3, LD33, LD69 son los encargados de modificar el porcentaje de velocidad al cual debe trabajar el soplador dependiendo de la etapa que lo requiera, activando la salida L527(R293), L528(R294), L529(R295).

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4.4.3 Control de nivel de cisterna

Figura 65. Lazo de bombas y diagrama de cisterna

El control del nivel de la cisterna de agua de lavado se realiza de acuerdo al flujo de entrada a la planta por las bombas centrifugas BC-171 A/B de alimentación al nitrazur. Para ello se realizan los siguientes pasos: ™ Se obtiene la lectura del nivel por un transmisor que está ubicado en filtros primera etapa y llega al CCM como dato de red. ™ Se crean las entradas y salidas del bloque PID que se utiliza con un control sintonizado. ™ Se realizan operaciones para obtener el valor que es guardado en un dato DT14 y este valor se le envía al PLC.

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Figura 66. Código de control de nivel de cisterna

Se activa el botón Auto_ON(R170) si el nivel es igual o mayor que 1200 enciende la bomba centrifuga seleccionada BC-171 A/B de alimentación al nitrazur si el nivel baja a 300 o menos la bomba centrifuga se apaga. El nivel llega en el dato LD0 de red de comunicación el cual se le resta(800) y multiplica(1000.0) por un factor de conversión, que es guardado en nivel_bombeo(variable, entero, inicial=0). Las entradas del PID son el botón Auto_ON(R170), el Set_point(variable, entero, inicial=1500) es ingresado desde la pantalla, el valor nivel_bombeo, el valor máximo del módulo analógico(4094), el tiempo de ciclo(10) y como variables KP(variable, entero, inicial=2084),TI (variable, entero, inicial=114), TD(variable, entero, inicial=14); el contacto R2D habilita en un pulso el autosintonizado. El contacto de salida R2B se activa mientras está presente R2D, cuando R2A se activa significa que el PID está trabajando y en el dato DT12 es guardado el valor que se podría mandar al módulo del PLC. Al valor máximo del módulo, se le resta el dato de la salida analógica, posteriormente se guarda en DT14 que es el valor que ya es enviado al PLC. Si el valor es menor a 819 se manda 819 al módulo, si es mayor manda el valor que se obtuvo de DT14. Para mandar el valor al módulo si está presionado Auto_ON pero no está activado el automático R300 le hace caso al display DT334 se le resta(75) y multiplica(131) y se le suma(819) el resultado es guardado en DT314 para enviar el valor al módulo. Pero si esta activado R300 entonces manda el valor se le resta(819), divide(131), suma(75) y el resultado es guardado en DT334(LD104) para que se muestre en display.

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4.4.4 Producción y lavado de filtros primera etapa

Figura 67. Diagrama de filtración primera etapa

La apertura y cierre de las válvulas es de acuerdo a la secuencia de producción y lavado, ya sea de modo manual o automático.

VÁLVULA VA-111 VA-112 VA-113 VA-117 VA-123 VA-132 VA-142 VA-110

Entrada de agua cruda Drenado parcial Salida de agua filtrada Venteo Entrada de aire de lavado Entrada de agua de lavado Lavado de tasa alta (enjuague) Alivio de presión (común)

POSICIÓN DE LA VÁLVULA FILTRANDO LAVANDO

ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA CERRADA

CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA ABIERTA

CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA CERRADA ABIERTA

Tabla 42. Esquema indicativo de la operación de filtros primera etapa

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Figura 68. Código de filtración primera etapa

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PRODUCCIÓN DE FILTRO 111”A” Las condiciones para el inicio de producción son R40 que es Manual-Automático, R60 solicitud de lavado, R41 baja presión de aire de servicio, R45 filtro fuera. En automático (R40), no haya solicitud de lavado (R60), no haya baja presión (R41) y no esté en fuera (R45), se activa válvula 111A en automático (R50). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R43) se desactiva válvula 111A en manual (R51). Con las condiciones de que éste en automático (R50) ó manual (R51) ó activado el temporizador de paro de bombas (T22) ó regreso a producción después de haber estado en fuera (R70) permanece abierta la válvula de alimentación VA-111A (R300). Si esta en Manual (R40) y se presiona el botón (R43) se activa válvula 111A en manual (R56). Si esta en automático (R40) y se presenta el fin de conteo (R5C) se activa el lavado por tiempo (R5D). Con las condiciones de que éste en fuera (R45) ó lavado por tiempo (R5D) más permiso de lavado (R30) ó permiso de lavado (R30) ó válvula 111A en manual (R56) la válvula de alimentación VA-111A (R300) cierra. Si esta en Manual (R40) y se presiona el botón (R48) se activa válvula 113A en manual (R57). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R48) se desactiva válvula 113A en manual (R5E). Con las condiciones de que éste en automático (R50) ó manual (R5E) ó activado el lavado semiauto (R801) ó regreso a producción después de haber estado en fuera (R70) permanece abierta la válvula de alimentación VA-113A (R302). Con las condiciones de que éste lavado por tiempo (R5D) más permiso de lavado (R30) ó permiso de lavado (R30) ó válvula 113A en manual (R57) la válvula de alimentación VA-113A (R302) cierra. Si la válvula 111A en manual (R51).y válvula 113A en manual (R5E), ó Si esta en Manual (R40) y la válvula de alimentación VA-111A (R300) y la válvula de alimentación VA-113A (R302); se activa producción manual (R54). Si esta en producción manual (R54) y se presenta el fin de conteo (R5C) se activa el lavado manual (R61). Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULA DE DREN (VA-112”A”) Si se activa el temporizador de paro (T14) ó en Manual (R40) y se presiona el botón (R190) la válvula de dren VA-112A se abre (R301). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R190) ó en fuera (R45)ó se activa el temporizador de paro de bombas (T22) la válvula de dren VA-112A se cierra (R301).

APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULA DE VENTEO (VA-117”A”) Si se activa el temporizador de paro de soplador (T19) ó en Manual (R40) y se presiona el botón (R299) la válvula de venteo VA-117A se abre (R303). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R299) ó en fuera (R45)ó se activa el temporizador purga de colchón de aire(T20) la válvula de venteo VA-117A se cierra (R303).

APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULA DE ENTRADA DE AIRE DE LAVADO (VA123”A”) Retroaviso de apertura de válvula 110(alivio de presión R601) y solicitud de lavado(R60) y permiso de lavado (R30) ó en Manual (R40) y se presiona el botón (R210) la válvula de entrada de aire de lavado VA-123A se abre (R304). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R210) ó en fuera (R45) ó se activa el temporizador lavado agua+aire (T10) y un retaso de 15 segundos la válvula de aire de lavado VA-123A se cierra (R304).

APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULA DE ENTRADA DE AGUA DE LAVADO (VA132”A”) Si se activa el temporizador formación de colchón de aire (T17) ó en Manual (R40) y se presiona el botón (R217) la válvula de entrada de agua de lavado VA-132A se abre (R305). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R217) ó en fuera (R45)ó se activa el temporizador de taza alta (T21) y un retaso de 15 segundos la válvula de entrada de agua de lavado VA-132A se cierra (R305).

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APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULA DE LAVADO TAZA ALTA (VA-142) Si se activa el temporizador purga de colchón (T20) ó en Manual (R40) y se presiona el botón (R32A) la válvula de lavado taza alta VA-142 se abre (R29E). Si esta en Manual (R40) y no está presionado el botón (R32A) ó en fuera (R45) ó se activa el temporizador de taza alta (T21) la válvula de lavado taza alta VA-142 se cierra (R29E).

SECUENCIA FILTRO FUERA Si es presionado el botón (R175) y después de 1 segundo se activa la salida (R45) y mueve el dato DT300 al DT305, el filtro queda fuera; cuando el botón es presionado nuevamente se activa R70 y el filtro regresa a producción. MENSAJES DE ESTADO FILTRO 111”A” Cuando las condiciones de apertura o cierre de válvulas se cumplen.De acuerdo al valor de la constante que es movida al DT300, se tienen los siguientes mensajes de operación del filtro. Valor 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mensaje en la pantalla (DT300) Producción manual Paro de filtro Drenado parcial Presurización línea de aire Formación de colchón de aire Lavado agua + aire Paro de soplador Purga de colchón de aire Lavado de tasa alta Paro de bombas Llenado de filtro Filtro fuera Producción automática

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TIEMPO DE PRODUCCIÓN (forma descendente) Si esta en automático (R40) ó producción manual (R54) y no hay solicitud de lavado (R60) se activa la salida activar contador (R42). Las condiciones que activan el contador CT1008 son: reloj de pulsos (R901C), activación contador (R42), no haya paro de tiempo (R58), no éste fuera el filtro (R45) y no haya solicitud de lavado manual (R61). Reestablece el valor a contar cuando el contacto C1008 es activado y no exista el número 0 en DT 215 (R291) o el regreso a producción después de un lavado (R50B). C1008 activa un incremento en 1, si no hay solicitud de lavado (R60) se hacen las siguientes operaciones: A las horas producción (DT300 valor ingresado en la pantalla) se resta el valor del incremento (DT 150) y se guarda en DT 152. A DT152 se le resta 1 y el valor se guarda en DT215 que es el valor de la hora mostrado en la pantalla. El valor actual del contador (EV1008) es dividido entre 60 y el resultado es guardado en DT214 que es mostrado en la pantalla como los minutos. El dato DT90015 muestra los segundos transcurridos este valor se mueve a DT205 para mostrar el valor en pantalla. Cuando se activa regreso a producción (R50B) se mueve 0 a DT150, si DT150 (Horas producción) es menor ó igual a cero, se mueve cero al DT215 y es activado R291. Si las horas producción (DT150) es mayor o igual a las horas producción ingresadas en la pantalla (DT300) se activa el contacto de fin de contador (R5C) y la solicitud de lavado manual. La activación de solicitud de lavado (R60) es porque este en producción el filtro (R40), no es te fuera (R45) y este presente el fin de contador (R5C).

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SECUENCIA DE LAVADO MODO AUTOMÁTICO Y SEMIAUTOMÁTICO PARO: La secuencia de lavado se da por la condición de solicitud (R60) y permiso (R30) de esté, estas dos condiciones activan el temporizador TMY14 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT311 (5 segundos). Cuando termina el conteo del temporizador (TMY14) se activa la salida (T14). DRENADO PARCIAL: T14 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY15 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT500 (2 minutos). PRESURIZACIÓN DE LINEA DE AIRE: El estado del soplador (R602) y automático (R40) ó semiauto (R801), y solicitud de lavado (R60) y permiso de lavado (R30) activan el temporizador TMY16 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT313 (30 segundos). FORMACIÓN DE COLCHÓN DE AIRE: T16 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY17 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT502 (1 minuto). LAVADO AGUA + AIRE: T17 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY18 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT504 (15 minutos). PARO DEL SOPLADOR: T18y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY19 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT316 (30 segundos). PURGA DE COLCHÓN DE AIRE: T19 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY20 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT506 (1 minuto). LAVADO DE TASA ALTA: T20 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY21 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT508 (5 minutos).

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PARO DE BOMBAS: T21 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY22 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT319 (30 segundos). LLENADO DE FILTRO: T22 y automático (R40) ó semiauto (R801) activan el temporizador TMY23 el cual realiza el conteo del tiempo guardado en DT510 (10 minutos), el cual activa la salida R50B que es regreso a producción y es el encargado de desactivar la solicitud de lavado (R60) y semiauto (R801). TIEMPO DE LAVADO Cuando se cumplen las condiciones de solicitud de lavado (R60) y permiso de lavado (R30) y con un reloj de pulsos: Se tiene un incremento en 1 que es guardado en DT120 este valor se divide entre 60 y es guardado en DT125, el cual se mueve al DT 215 que se encarga de mostrar los minutos en las pantallas. Y el valor que muestra el DT90015 que son los segundos se mueve al DT130 y esté al DT 205 que se visualiza en la pantalla. La visualización de horas es 0. Cuando no hay solicitud de lavado (R60) y permiso de lavado (R30) se mueve el valor 0 a DT120 y 130. ENCENDIDO Y APAGADO DE LA BOMBA BC-141 A/B T17 activa el temporizador TMY81 por 10 segundos y teniendo automático (R40) o semiauto (R801) y no esté presente T21 se manda señal de encender al PLC con el registro R100F. ACTIVACIÓN DEL SOPLADOR DE LAVADO SO-121 A/B T71 manda señal al PLC de encender al PLC con el registro R100E. Para apagar se presenta T18 que activa el temporizador TMY100 por 10 segundos señal de encender al PLC.

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ACTIVACIÓN DE VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN VA-110 La válvula se manda a abrir por primera vez cuando T15 está presente y T16 no con el registro R8D que activa al temporizador TMY 71 por 15 segundos y esté al temporizador TMY 74 por 20 segundos y posteriormente la salida R601 que manda a abrir a la válvula de entrada de aire de lavado VA-123. Terminando el tiempo de los temporizadores la válvula de alivio de presión se manada a cerrar El retroaviso de que el soplador esta encendido (R1060 ó R1064) y permiso de lavado (R30 ó R31 ó R32) activan la salida R602 que es el estado del soplador. La válvula se manda a abrir por segunda vez cuando se presenta T18 que activa TMY72 por 30 segundos y cuando termina el tiempo la válvula se cierra.

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5 BENEFICIOS Se mencionan los beneficios que se obtienen al automatizar una planta, entre estos se encuentran: Los operadores de la planta no realizan tareas muy delicadas, como el suministro de la concentración adecuada de los reactivos químicos para la planta (hipoclorito de sódio) El autómata programable se encarga en todo momento de las operaciones de monitoreo y control de los procesos. En caso de que el operador de la planta ingrese un valor no apto para la operación de alguna rutina, el autómata no la lleva a cabo. Actualmente con el control automático los procesos son controlados continuamente, requiriendo solamente 2 operadores por turno; en condiciones de operación sin modo automático, es necesaria la intervención de por lo menos 10 operadores para llevar la rutina de lavado de los filtros y monitoreo de las variables de operación. El programa es capaz de almacenar la información de las condiciones de operación de las plantas, previendo de ésta forma la frecuencia con la cual se deben de realizar los lavados. La automatización de la planta permite un suministro de agua constante con la calidad adecuada del agua, corroborado de acuerdo a las muestras hechas en el laboratorio por personal externo, lo cual garantiza un beneficio a la población.

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6 CONCLUSIONES El desarrollo de una planta potabilizadora, contiene varios procesos que se diseñan de acuerdo a las características del agua que entra a la planta, por ello los elementos que se deben controlar son válvulas automáticas, equipos electromecánicos (bombas centrífugas, sopladores de aire, bombas dosificadoras), así como la medición de instrumentos (Flujo, Turbiedad, Nivel, Presión). Se desarrollaron los conceptos teóricos necesarios para comprender el funcionamiento y características más importantes de los elementos, estos se ocuparon para la realización de la programación que controla el correcto funcionamiento del proceso. El trabajo fue realizado en conjunto con ingenieros químicos que desarrollaron la ingeniería de proceso la cual explica el funcionamiento de la planta, esta información fue la base para implementar la programación en los PLC’s. Algunos inconvenientes que se tuvieron debido al flujo de alimentación a la planta fueron los siguientes: No se tenía contemplado que el flujo de alimentación tuviera una variación tan grande, debido a ello la cantidad de agua que proveen las bombas en el cárcamo de salida hacia la red es mayor a la cantidad de agua que entra a éste, por tal motivo, las bombas centrífugas tienen que prenderse y apagarse más frecuentemente, a pesar de que la bomba opere a su mínima frecuencia, solamente se podrá corregir esto si se cambian las bombas del cárcamo por unas de la capacidad correcta. El cambiar la programación en el PLC que controla los variadores de frecuencia, implicó que la operación de ellos se pasara a modo manual para evitar el paro de la planta. En la programación de los lavados se tuvieron que cambiar algunas condiciones para realizarlos ya que algunos datos proporcionados por el área de ingeniería no fueron correctos lo que dificulto la frecuencia de limpieza de las unidades de filtración ya que se requería más tiempo para que se cumplieran las condiciones para llevar a cabo un lavado. Otro problema presentado corresponde al factor humano, ya que los operadores en la planta potabilizadora no llevan a cabo el procedimiento de mantenimiento preventivo para mantener las unidades de filtración operando correctamente, algunos ejemplos son el suministro de los químicos que requiere la planta.

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Hechas las modificaciones a la lógica de control, es posible operar la planta de forma optima, a pesar de las variaciones de flujo de agua de alimentación siendo el afluente del 75% de su capacidad, el sistema de control cumple con todas sus funciones, lo cual es adecuado para el funcionamiento de la planta en términos de operatividad, y puede cumplir con el 100 %. Por lo tanto se comprueba que la programación cumple los objetivos, ya que terceros son encargados de verificar la calidad del agua, haciendo pruebas en laboratorio de muestras de la salida del agua; los cuales indicaron que estaba dentro de lo establecido en la norma. Los conocimientos básicos de programación instrumentación y control adquiridos durante mi formación académica fueron empleados para describir la lógica de operación y llevar a cabo la programación a través de diagramas de escalera.

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7 BIBLIOGRAFÍA [1]

Potabilización del agua Jairo Alberto Romero Rojas Ed. Alfaomega

[2]

Diseño de un sistema automático de potabilización en Chalcatongo Villa de Hidalgo, Tlaxiaco, Oaxaca Jansen Castillo Quevedo Hector Mata Gutierrez Eva Yukie Santander Porras

[3]

Fundamentos de protección de sistemas eléctricos por relevadores Timothy J. Maloney Carlos Mendoza Barraza Ed. Pearson Educación

[4]

Manual de instalaciones electromecánicas en casa y edificios Gilberto Harper Enriquez

[5]

Autómatas programables Josep Balcells Sendra Jose Luis Romeral Ed. Marcombo

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[6]

Purificación de aguas y tratamiento y remoción de aguas residuales Gordon Maskew Fair John Charles Geyer Ed. Limusa

[7]

Fundamentos de control de la calidad del agua T.H.Y. Tebbut Ed. Limusa

[8]

Instrumentación Industrial

Antonio Creus Solé Ed. Alfaomega

[9]

Programmable Logic Controllers W. Botton Ed. Newnes

[10] Sistemas de regulación y control automáticos Comunicaciones Industriales (electricidad-electrónica) Pedro Morcillo Ruiz Julián Cócera Rueda Ed. Paraninfo

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[11]

Control Automático de procesos Smith-Corripio Ed. Limusa Noriega Editores

[12]

http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html

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8 ANEXOS. 8.1

Tableros de control de la planta de tratamiento

Figura A. Arquitectura del tablero de Filtración primera etapa

Figura B. Arquitectura del tablero de Nitrazur

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Figura C. Arquitectura del tablero de Filtración segunda etapa

Figura D. Arquitectura del tablero de Centro de control de motores

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8.2

Ejemplo de enlace a PLC

Las áreas de enlace a PLC se dividen en áreas de envío y áreas de recepción de datos. Los relés y registros de enlace del área de envío se transmiten a todas las áreas de recepción del resto de FPΣ. Cada relé o registro de enlace sólo se pueden configurar una vez como área de envío, es decir, no se deben solapar las áreas de envío.

Figura E. Áreas de enlace

En la configuración anterior, el área de envío de la estación 1 se transmite a las áreas de recepción de las estaciones 2, 3, y 4. Del mismo modo, el área de recepción de la estación 1 contiene los datos de las áreas de envío de las estaciones 2 y 3. La estación Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Adolfo López Mateos

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4 se ha configurado de tal manera que recibe datos del resto de estaciones y no envía ningún dato. Utilización Parcial de las Áreas de Enlace No es necesario reservar todo el área de enlace, cuanto menor sea el área reservada para el enlace a PLC, menor será el tiempo de transmisión. Los registros y relés de enlace que no se utilizan para el enlace a PLC se pueden utilizar como relés y registros internos.

Figura F Utilización de las áreas de enlace

Ejemplo de una Red de Enlace a PLC El siguiente ejemplo demuestra como realizar una red de autómatas FPΣ utilizando la función enlace a PLC. En el siguiente ejemplo, se utilizan los relés de enlace para que al pasar a ON la entrada X1 de la estación 1, se active Y1 de la estación 2 y cuando se ponga a ON la entrada X2 de la estación 1, se active Y1 de la estación 3.

Figura G. Red de PLC con modo comunicación Enlace a PLC

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Casete de comunicación Para la comunicación en modo enlace a PLC es necesario utilizar: FPG-COM4: Casete de comunicación del FPΣ con 2 puertos RS485/RS232C ; Este casete de comunicaciones consta de dos puertos, uno RS485 y otro RS232C a 3 hilos. Se utiliza para la comunicación 1:1 y 1:N en modo computer link, en modo propósito general y enlace a PLC. Permite conectar dos dispositivos externos. Configuración de los registros de sistema En el modo enlace a PLC, el formato y velocidad de transmisión es fijo. Configurar el modo de comunicación y el número de estación:

Figura H. Configuración de estaciones

Figura I. Área de relés de envío

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Figura J. Área de registros

Figura K. Configuración de estaciones, diagrama de conexión del casete FPG-COM4

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8.3 Entrada de agua cruda, cascada de oxidación, dosificación de ozono

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8.4 Filtración primera etapa, sopladores de lavado, bombas de lavado y cisterna de lavado

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8.5 Nitrazur, sopladores de proceso

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8.6 Filtración segunda etapa, bombas de salida a la red y cisterna de bombeo

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8.7 Red de comunicación

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