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APLICACIÓN DE CONTROL MULTIVARIABLE EN HORNO FLASH FUNDICIÓN ‐ CODELCO NORTE

MALLÉN GAJARDO MÉNDEZ CODELCO CHILE

INDICE CONTEXTUALIZACIÓN  APLICACIÓN EN HORNO FLASH  COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 

CONTEXTUALIZACIÓN  CONTEXTUALIZACIÓN El Departamento de Proyectos Automatización (DPA) es un área perteneciente a la  Vicepresidencia  Corporativa  de  Servicios  Compartidos,  específicamente  a  la  Gerencia Corporativa TICA.  Dentro de sus funciones están:  •  Incorporar tecnologías de  automatización a los procesos claves de CODELCO.  •  Desarrollar  marco  normativo  y  estratégico  en  materias  de  automatización,  con  alcance corporativo.  •  Proveer Servicios de soporte, administración, desarrollo en Plataforma PI System y otras  como Control Avanzado de procesos. 

Se  estructura  como  Departamento ,  con  alcance  corporativo,  destinado  a  materializar  sinergias,  desarrollar  proyectos  transversales,  sistematizar  buenas  prácticas e integrar el conocimiento disperso (estándares).  Dentro  de  las  mencionadas  responsabilidades  del  DPA  se  ha  definido  como  una  actividad  relevante  impulsar  el  desarrollo  e  implementación  de  tecnologías  de  Control Avanzado en la Corporación, y mediante esto agregar valor a los procesos  de CODELCO.

CONCEPTOS GENERALES MPC  MPC Tecnología basada en modelar el proceso para predecir  la  respuesta  futura  de  la  Variable  Controlada,  para  “ movimientos”  de variables manipuladas.  –  Obtenido desde pruebas de planta y/o data histórica 

Valores Pasados y Presentes 

Modelo  Proceso 

Valores Futuros (Predicción)

CONTROL DE RESTRICCIONES Y OPTIMIZACIÓN  OPTIMIZACIÓN PV  Violación de restricción (predicha) 

Restricción 

Trayectoria Actual de la Variable (Control MPC) 

ß Pasado 

ahora 

Futuro à

Beneficios por  cambio de SP 

PV MPC reduce la  variabilidad  SP (antiguo) 

El Optimizador  mueve el SP  SP (nuevo) 

Restricción 

APLICACIÓN EN HORNO FLASH FUNDICIÓN DE CONCENTRADOS ‐ CODELCO NORTE

P.E 

HTE (2) 

CPS 

CPS 

CPS 

CPS 

CT­1 

HORNOS DE  ANODOS  CT 2 

4 

1  Planta  Granallado  de Escoria 

RUEDAS DE MOLDEO 

TOLVAS DE  CONCENTRADO 

HORNO  FLASH 

HELE 

3 

SECADOR 5 

P.E. 

Caldera 

PPEE 

Gases  Fug. HF  SECADOR 4 

Cámara  de  Mezcla  CAMAS DE CONCENTRADO  PLANTAS DE OXÍGENO  PLANTAS DE ACIDO 

Plantas de Limpieza 

Planta de Tratamiento de As 

ESQUEMA GRÁFICO DEL HORNO FLASH  FLASH Oxidación de Carga:  • Calcopirita : CuFeS  ALIMENTACIÓN  2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + Cu 2 S(l) + SO 2 (g) 

PRODUCTOS 

• Pirita :          FeS 2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + SO 2 (g)  • Bornita :       Cu 5 FeS 2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + Cu 2 S(l) + SO 2 (g)  CONCENTRADO  FUNDENTE  Formación de Magnetita:  POLVO RECIRCULADO  AIRE  • FeS(l) + O 2 (g) ==> FeO(l) + SO  OXIGENO  2 (g)  CARGA FRIA  • FeO(l) + O 2 (g) ==> Fe 3 O 4 (l)  BORRAS 

Reducción de magnetita y formación de fayalita en el baño :  • 3Fe 3 O 4 (l) + FeS(l) + 5SiO 2 (s) ==> 5Fe 2 SiO 4 (l) + SO 2 (g) 

Sulfatación de Polvos Metalúrgicos:  • Cu 2 S(s) + 3O 2 (g) + SO 2 (g)==> 2CuSO 4 (s)

EJE  ESCORIA  POLVO METALURGICO  GASES 

POR QUE •  La variabilidad de la temperatura es alta.  •  La composición del concentrado de cobre es variable.  •  No  se  cuenta  con  análisis  en  línea  de  los  líquidos  calientes.  •  Un proceso altamente inercial y muy interactivo.  •  Mediciones de temperatura discontinuas.  •  Dinámicas muy complejas 

ALGUNAS DEFINICIONES  DEFINICIONES El DPA configuró un equipo de trabajo en el que interactuaron  profesionales  de  diferentes  áreas,  a  saber  metalurgístas  Horno  Flash,  profesionales  equipo  PI  System,  profesionales  seguridad  informática  TICA,  profesionales  DPA  y  profesionales empresa Invensys Systems.  Este proyecto consideró el desarrollo de la aplicación sobre la  plataforma Connoisseur (Invensys).  Las  fuentes  de  beneficios  que  se  definieron  para  este  caso,  fueron:  §  Aumento de disponibilidad.  §  Ahorro en costos (insumos y mantenimiento).

ETAPAS DEL PROYECTO  PROYECTO CONOCIMIENTO PROCESO ►  Documentación Técnica de Planta  ►  Entrevistas técnicas  ►  Análisis de data histórica  DESARROLLO ►  ►  ►  ► 

Modelo preliminar  Validación con data histórica  Pruebas de planta  Validación con data tiempo real  ENTREGA 

►  Implementación en planta  ►  Ajustes finales  ►  Entrega a Operaciones 

VARIABLES DEL MODELO HORNO FLASH IP1  IP2 

OP1 

IP3 

OP2 

IP4 

OP3 

IP5  Variables Manipuladas:  Flujo de Oxígeno de proceso  Flujo de aire de proceso  Flujo de alimentación  Adición de polvo  Razón alimentación SiO 2 

Variables Controladas:  Temperatura del eje  Ley de Cobre en el Eje  Concentración de Magnetita en escoria  Enriquecimiento de Oxígeno  Presión de Oxígeno 

ARQUITECTURA IMPLEMENTADA SALA DE CONTROL 

SALA DE INGENIERIA 

CONSOLAS DE OPERACIÓN (BAILEY)

SALA DE SWITCHES 

SALA DE GABINETES 

SALA ELECTRICA 2 

SWITCH ETHERNET L2

PC OPC 165.182.107.37 

PLC AB PC CNSR 165.182.107.36

PI SYSTEM

PI SYSTEM

(SERVIDOR APLICACIÓN)

SERVIDOR FUCO

PLC AB

165.182.107.38

TERRENO

TERRENO

PANTALLA DE OPERACIÓN

RESULTADOS OBTENIDOS 09 de 2008  11 de 2008 

Mayo de  2009 

Estabilizar  el  control  de  Temperatura de Eje del Horno. 

20%  35%  MAYOR DISPONIBILIDAD 

Estabilizar  el  porcentaje  de  magnetita en escoria del Horno. 

AHORRO EN MANTENCIÓN  36%  41% 

Estabilizar  el  porcentaje  de  Cobre en Eje del Horno. 

09 de 2008  Mayo de  11 de 2008  2009  MAYOR EFICIENCIA EN  23%  70%  .  PROCESOS “ AGUAS ABAJO”

COMENTARIOS Es  importante  tener  claro  que  la  aplicación  de  Control  Avanzado  que  se  implementó  en  el  Horno  Flash,  fue  diseñada  para  controlar  en  forma  estable  y  predictiva  el  proceso.  Esto  significa  que  el  modelo  tomará  acciones  para  disminuir  al  máximo  las  variaciones  de  sus  variables  principales y para actuar anticipadamente y no reactivamente.  Para  controlar  en  forma  estable  y  óptima  el  proceso,  la  aplicación  de  Control Avanzado considera diferentes variables en sus cálculos, para así  tomar la mejor decisión y generar los mejores Setpoints a enviar al sistema  de control.  El  Control  Avanzado  toma  acciones  “suaves”,  por  ello  las  acciones  pudiesen parecer lentas al ojo humano, pero está observando un horizonte  de control futuro. 

CONCLUSIONES 1. 

2.  3. 

4.  5.  6. 

El Recurso Humano es un factor fundamental en este tipo de proyectos y su  buen  manejo  es  relevante.  Por  ello  es  que  se  consideraron  diversas  actividades para manejarlo adecuadamente, estas apuntaron principalmente  a  sensibilizar  a  las  personas  y  a  generarles  competencias  técnicas  necesarias.  Se  capacitó  a  60  personas,  en  diferentes  niveles  (operadores,  mantenedores, metalurgístas).  No son desarrollos simples.  Requieren gran experiencia y conocimiento de  los integrantes del equipo de trabajo.  Es  fundamental  la  participación  dedicada  de  profesionales  de  metalurgia,  operaciones y de instrumentación de la Planta.  Además, un alto compromiso  de la Planta en el desarrollo de actividades involucradas.  Hay  temas  relevantes  como  la  calidad  y  disponibilidad  de  las  mediciones  y  Control Tradicional.  El modelo desarrollado, es un desarrollo particular de la situación del Horno  Flash de Codelco Norte.  La sustentabilidad, en el tiempo, de la aplicación es fundamental. 

GRACIAS POR SU ATENCIÓN