TESIS COMPLETA

2010, Ao de la Patria. Bicentenario del inicio de la Independencia y Centenario del Inicio de la Revolucin

SUBSECRETARA DE EDUCACIN SUPERIOR DIRECCIN GENERAL DE EDUCACIN SUPERIOR TECNOLGICA INSTITUTO TECNOLGICO DE ORIZABA

INSTITUTO TECNOLGICO DE ORIZABA INTEGRACIN DE UN PROYECTO PARA AUTOMATIZAR CON PLC Y SCADA EL PROCESO BACTERINAS EN PLANTA BOEHRINGER INGELHEIM

TRABAJO PROFESIONAL (OPCIN VII) MEMORIA DE EXPERIENCIA LABORALQUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ELECTRNICOPRESENTA: JAVIER ENRRIQUEZ RODRIGUEZ

ORIZABA, VER. MXICO

OCTUBRE DE 2010

Avenida Oriente 9 Nm. 852, Colonia Emiliano Zapata, C.P. 94320 Orizaba, Veracruz, Mxico Telfonos: (272) 7 24 40 96, (272) 7 24 40 16, (272) 7 24 45 79 Fax: (272) 7 25 17 28

06E-mail: [email protected] www.itorizaba.edu.mx

Integracin de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en planta BOEHRINGER INGELHEIM.

NDICE INTRODUCCIN.Justificacin. Objetivos. Planteamiento del problema y metodologa. Caracterizacin del rea de participacin.

CAPTULO 1 DEFINICIN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA1.1 1.1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Definicin del problema. Definicin y descripcin del proceso bacterinas. Justificacin. Metodologa para elaborar el proyecto. Diagrama de flujo. Alcance de obra. Costos estimados. 7 7 11 12 13 16 19

CAPTULO 2 INGENIERA BSICA2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2 Programa de obra. Programa de obra del proceso bacterinas. Metodologa para elaborar el programa de obra del proceso bacterinas. Formato de programa de obra para el proceso bacterinas. Listado de actividades para integrar el proceso bacterinas. Tiempos programados y ejecutados. Diagrama de tuberas e instrumentacin (DTI) del proceso bacterinas. Elaboracin de un DTI. Lazos de control en el DTI. 25 27 27 28 29 30 32 33 33


2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.6 2.7 2.8 2.8.1

Criterio para dibujar equipos y tuberas en el DTI. Simbologa de instrumentos en el DTI y otros planos. Cdigo de colores para el DTI. Filosofa de control. Arquitectura de control del proceso bacterinas. Caractersticas de la arquitectura de control. Elaboracin de la arquitectura de control. ndice de instrumentos. Hojas de especificaciones. Tablas comparativas. Listado de asignacin de seales. Asignacin de seales del proceso bacterinas.

35 38 44 47 61 62 62 76 80 89 91 93

CAPTULO 3 INGENIERA DE DETALLE3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.3 3.2 3.2.1 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 Diagramas funcionales de instrumentacin o de lazo. Contenido de un diagrama de lazo. Formato de un diagrama de lazo. Smbolos. Suministro de energa al instrumento. Dibujos tpicos de instalacin de instrumentacin. Recomendaciones para la realizacin de un dibujo tpico de instalacin. Diagramas de alambrado. Contenido mnimo de un diagrama de alambrado. Diagrama de alambrado de proyecto bacterinas. Diagramas de ubicacin de instrumentos. Diagramas de gabinetes. Distribucin del interior de un gabinete de control. Pantalla tctil para el proceso bacterinas. Materiales requeridos para armado de gabinete. 96 97 99 100 100 102 103 106 106 107 113 115 115 121 122


3.5.4 3.5.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7 3.7.1 3.7.2 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.4 3.8.5 3.8.6 3.8.7 3.8.8 3.8.9 3.8.10 3.8.11

Dimensionamiento de gabinete de control del proceso bacterinas. Ensamble del gabinete de control del proceso bacterinas. Red de comunicacin industrial. Red de rea Local (Local Area Network). Red Industrial para instrumentos de campo HART. Programacin de PLC. Lenguajes de programacin. Programacin del PLC CPX del proceso bacterinas. Implementacin de un sistema HMI SCADA. Definicin de los sistemas SCADA. Antecedentes histricos de los sistemas SCADA. Objetivos. Servicios de un sistema SCADA. Ventajas. Entorno. Criterios de seleccin y diseo. Arquitectura de un sistema SCADA. El software. Configuracin. Interface grfica del proceso bacterinas.

123 124 127 128 140 145 145 149 161 161 161 163 163 164 165 166 169 173 175 175

CAPTULO 4 INSTALACIN Y PUESTA EN MARCHA DE PROYECTO4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 4.4.1 Pruebas a gabinete de control. Pruebas a PC de estacin de operacin. Pruebas preliminares a PC de la estacin de operacin. Pruebas de comunicacin a PC de la estacin de operacin. Pruebas a seales de instrumentos de campo. Calibracin, configuracin y ajuste de instrumentos de campo. Mtodos de calibracin. 185 187 188 190 191 194 195


4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.5 4.6 4.7

Certificado de calibracin (certificado de trazabilidad). Tipo de formato. FieldMate para configuracin y calibracin de instrumentos. Calibracin de un transmisor de presin. Pruebas en seco. Pruebas con agua. Pruebas con producto.

200 201 201 203 207 209 210

CONCLUSIONES.

RECOMENDACIONES.

GLOSARIO DE TRMINOS.

BIBLIOGRAFA Y SOFTWARE.

ANEXOS.


LISTA DE FIGURAS.No. 1.1 2.1 2.2 2.3 Descripcin Diagrama de Flujo para la integracin del proyecto bacterinas. Diagrama de Tuberas del Cuarto Estufa del proceso bacterinas. Diagrama de Tuberas del Bio Reactor 2 del proceso bacterinas. Diagrama de Tuberas del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas. 2.4 2.5 DTI del Cuarto Estufa del proceso bacterinas. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Bio Reactor del proceso bacterinas. 2.6 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas. 2.7 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Cuarto Estufa del proceso bacterinas con colores. 2.8 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Bio- Reactor del proceso bacterinas con colores. 2.9 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas con colores. 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 Hoja de presentacin de la filosofa de control del proceso bacterinas. Terminal CPX con PLC y sus mdulos de expansin I/O. Mdulo de Salidas Digitales tipo CPX-8DA. Mdulo de Entradas analgicas tipo CPX-4AE-I. Mdulo de Entradas Analgicas tipo CPX-PT100. Mdulo de Salidas Analgicas tipo CPX-2AA-U-I. PLC CPX de Festo con mdulos I/O. Arquitectura de control del proceso bacterinas. PLC CPX Festo con mdulos de entradas y salidas digitales del proceso bacterinas. 2.19 3.1 Mdulo CPX de salidas digitales. Diagrama de lazo de control de presin del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas. 94 101 50 65 65 67 69 71 75 76 93 46 46 45 43 41 42 Pgina 15 35 36 37


3.2

Diagrama de tpico de instalacin del transmisor de presin del tanque de inactivacin del proceso bacterinas.

105

3.3 3.4

Ejemplo de identificacin de cables y clemas. Diagrama de alambrado del modulo 2 de salidas digitales del CPX del PLC de FESTO.

111 112

3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23

Diagrama de ubicacin de instrumentos. Partes de terminal CPX. Partes de un Mdulo de la Terminal CPX Ensamble de la Terminal CPX. Tres vistas de la pantalla tctil del proceso bacterinas. Tapa frontal del gabinete de control del proceso bacterinas. Dimensiones de gabinete de control del proceso bacterinas. Diagrama de platina del gabinete de control del proceso bacterinas. Cable de conexin UTP con conectores RJ45. Esquemas de cableado TIA/EIA-568-A y TIA/EIA-568-B. Jack RJ-45. Arquitectura de Red de rea Local del proceso bacterinas. Ventada de propiedades de conexin de rea local. IP de rea local. Mascara de subred. Acceso a ventana nuevo driver. Nuevo driver. Seleccin nuevo driver. Asignar una direccin IP al nuevo driver.

114 117 119 120 122 123 124 126 132 133 134 135 136 137 138 138 139 139 139


3.24

Comunicacin digital HART superpuesta a la seal analgica de 420mA.

140

3.25

Comunicacin digital HART superpuesta a la seal analgica de 420mA.

141

3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45 3.46 3.47

Codificacin FSK del protocolo HART sobre la seal analgica 4-20mA. Configuracin con dos maestros para acceder a la informacin de campo. Comunicacin HART maestro-esclavo. Comunicacin HART modo Burst. (Opcional). Conexin de dispositivos HART en red multipunto. Nuevo proyecto. Configuracin de PLC. Seleccin de Nuevo programa. Seleccin de tipo de lenguaje de programacin. Control de temperatura en Cuarto Estufa. Control de Oxigeno en Cuarto Estufa. Programa de arranque de esterilizacin en Tanque de Inactivacin. Control de esterilizacin en Tanque de Inactivacin. Control de Temperatura en Tanque de Inactivacin. Tiempo de esterilizacin.. Operacin manual de vlvulas del proceso bacterinas Pirmide de la automatizacin (CIM). Configuracin del controlador. Librera de objetos grficos del software de desarrollo SCADA. Interface grfica del proceso bacterinas. Driver de comunicacin EasyIP de Festo. Base de datos en sistema SCADA del proceso bacterinas.

142 142 143 143 143 150 150 151 151 155 156 157 158 159 159 160 166 174 176 179 181 181


3.48 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20

Grfica de tendencias del sistema SCADA del proceso bacterinas.Men de inicio. Ventana ejecutar. Ventana para acceder a comandos de Windows. Acceso a la direccin IP de la estacin de operacin. Comprobacin de conexin a un equipo remoto. Comprobacin de conexin a un equipo integrado a la red local. Diagrama a bloques de calibracin de instrumentos. Calibracin de un manmetro analgico y de una balanza de masa por comparacin directa.

183 188 188 189 189 190 190 195 196 197 198 198 199 200 202 203 204 204 205 206 206

Calibracin de una pesa por sustitucin. Calibracin de una pesa por equilibrio.

Simulador elctrico de mA.Marco de pesas (reproduccin). Punto de hielo (punto fijo). Arquitectura de comunicacin del software FieldMate. Conexin de USB HART MODEM. Conexin de fuente de 24 VCD y resistencia de 250 . Conexin de USB HART MODEM en paralelo. Pantalla de software FieldMate. Pantalla de parmetros para configurar el transmisor desde el software FieldMate. Pantalla de parmetros para configurar el display desde el software FieldMate.


LISTA DE TABLAS.No. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2.1 2.2 2.3 2.4 Descripcin Simbologa utilizada en los diagramas de flujo. Etapa de control en tanque de preparacin de medios. Etapa de control en Bio - Reactor. Etapa de control en Cuarto de Inactivacin. Tabla de variables a controlar o registrar en el proceso bacterinas. Costos estimados de servicios de ingeniera. Costos estimados de servicios de mano de obra. Costos estimados de materiales. Formato de programa obra del proceso bacterinas. Formato de obra con lista de actividades y tiempos programados. Criterios de simbologa para instrumentos del proceso bacterinas. Criterios de simbologa para Controladores, Indicadores, Registradores y Alarmas del proceso bacterinas. 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 Cdigo de colores del DTI del proceso bacterinas. Identificacin de elementos para la filosofa de control. Variables visualizadas en el sistema SCADA. Tabla comparativa de Sistemas de Control. Datos tcnicos generales del mdulo de Salidas Digitales. Datos tcnicos generales del mdulo de Entradas Analgicas.Datos tcnicos generales del mdulo de Entradas Analgicas para RTD PT100. Datos tcnicos generales del mdulo de Salidas Analgicas de 4 a 20 mA.

Pgina 14 17 18 18 18 21 23 24 28 31 39 40

45 51 61 63 66 67 70 72 73 74 78 82

Sumario de seales del proceso bacterinas. Mdulos de entradas y salidas del PLC CPX de Festo. ndice de Instrumentos del proceso bacterinas. Hoja de especificaciones de los sensores de temperatura del proceso bacterinas.

2.17

Hoja de especificaciones del transmisor de presin del proceso bacterinas.

84


2.18

Hoja de especificaciones del Transmisor Controlador de O2 del proceso bacterinas. Hoja de especificaciones del Transmisor Controlador de pH del proceso bacterinas.

85

2.19

86

2.20

Tabla comparativa del transmisor de presin manomtrica del proceso bacterinas.

91

2.21

Formato de hoja de seales del PLC CPX Festo del proceso bacterinas.

94

2.22 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

Asignacin de seales para el Mdulo CPX de 8 salidas digitales. Informacin de conexiones del mdulo de 8 salidas digitales. Interpretacin de las conexiones del mdulo de 8 salidas digitales. Criterio de identificacin de cables del mdulo 2 de salidas digitales. Cdigo de colores de cables de seales y alimentacin. Listado de las partes de la terminal CPX y mdulos. Tabla de figuras de materiales para gabinete de control. Instrucciones lgicas de escalera. Comandos Bolanos tpicos y diagrama de escalera equivalente. Escalamiento de seal analgica de la variable presin del Tanque de Inactivacin.

95 108 108 111 112117

122 146 148 152

3.10

Listado de Tags para la programacin del PLC CPX del proceso bacterinas.

153

3.11

Listado para direccionamiento de bit, bytes, banderas palabras, contadores y timers.

154

3.12 3.13 3.14 3.15

Colores segn estado. Colores segn campo de trabajo. Seales de seguridad (niveles de percepcin de los colores). Tabla de objetos estticos y dinmicos del sistema SCADA del proceso bacterinas.

176 177 177 178

4.1 4.2

Tabla de instrumentos a probar. Material requerido para la calibracin de instrumentos del proceso bacterinas.

193 203


4.3

Hoja de calibracin de instrumentos.

207


INTRODUCCIN.Para la automatizacin de un proceso industrial en el rea de instrumentacin y control, es importante contar con el desarrollo de la ingeniera necesaria, tal como la ingeniera bsica e ingeniera de detalle, donde se realizan los documentos del diseo de la instalacin de los equipos e instrumentos de todo el proyecto, estos documentos pueden ser el diagrama de flujo, diagrama de tuberas e instrumentacin, los lazos de control, diagramas de alambrado, especificaciones de instrumentos, etc.

Los procedimientos del desarrollo de la documentacin de la ingeniera se hacen mediante normas de simbologa y diagramas como las que publica la Sociedad de Instrumentistas de Amrica (ISA por sus siglas en ingles Instruments Society of America).

Los smbolos y diagramas son usados en la informacin de ingeniera para el control de procesos, para indicar los instrumentos de campo, el tipo de seales empleadas, la secuencia de componentes interconectados y de alguna manera, la aplicacin en el proceso.

Este documento esta basado en esas normas, que ayudarn a utilizar e interpretar los smbolos utilizados en el control de procesos, as como tambin a realizar el desarrollo de la ingeniera bsica y la ingeniera de detalle para un proyecto de automatizacin que permitirn realizar su integracin a partir del diseo de los diagramas mas importantes. Adems en este documento se describe el procedimiento para realizar cada uno de los documentos mas importantes que se deben realizar en la documentacin de ingeniera.

El presente documento describe de forma sinttica todas y cada una de las actividades en las que se particip para la integracin de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas de una planta farmacutica en Guadalajara. Jal.

En la planta BOEHRINGER INGELHEIM de Guadalajara surge la necesidad de crear una nueva rea en su proceso bacterinas, en la que tiene como finalidad realizar la 1


incubacin y reproduccin de bacterias y otros microorganismos que se utilizan como base para la elaboracin de sus productos debido a la creciente demanda de sus clientes a nivel nacional e internacional. En base a lo anterior la planta BOEHRINGER INGELHEIM solicita la automatizacin, visualizacin y registro de las variables de proceso, adems de que debe de cumplir con sus normativas de operacin y accesos con niveles de seguridad a travs de una estacin de operacin con acceso remoto mediante una red de comunicacin industrial.

Justificacin.Dada la necesidad de la planta farmacutica BOEHRINGER - INGELHEIM de tener una nueva rea en su proceso de bacterinas para el cultivo de bacterias y microorganismos para la elaboracin de sus diferentes productos, se realiza una propuesta para realizar la integracin de un proyecto de automatizacin de su proceso, de tal manera que la operacin del proceso sea de forma fcil y de rpido acceso de forma local o remota, adems toda la informacin que se genere quedar documentada para los diagnsticos, pruebas o para alguna futura expansin del proceso. Tambin el sistema de automatizacin debe realizarse en un periodo de tiempo corto.supertera

Para esta aplicacin se emplea un autmata programable tambin llamado PLC que puede ser comunicado a un sistema SCADA de fcil implementacin y de bajo costo, reduciendo los tiempos de programacin configuracin y puesta en marcha. Este sistema cumple satisfactoriamente con los requerimientos que la planta solicita como son:

1. Operacin del proceso a travs del sistema supervisorio SCADA desde una pantalla tctil de forma fcil y confiable. 2. Implementacin de un autmata programable confiable con un bus de

comunicacin de alta velocidad, que permitir interactuar de forma rpida con las pantallas de operacin del sistema SCADA. Esto es importante para el proceso, debido a que es crtico. 2


3. Accesos a distintos niveles en las pantallas de operacin que no son ms que permisos para la operacin y manipulacin de los parmetros. 4. Alarmas crticas para toma de acciones ante cualquier eventualidad anormal. 5. Visualizacin remota del proceso a travs de una red de comunicacin industrial.

Objetivo general.

Integrar un proyecto para automatizar los equipos nuevos del proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER - INGELHEIM de Guadalajara Jal, mediante la implementacin de un sistema de automatizacin y un sistema SCADA, de tal forma que cumpla con las normativas de operacin del proceso de forma funcional y confiable a bajo costo de acuerdo a los requerimientos de dicha planta.

Objetivos particulares.

1. Integrar la informacin de ingeniera de detalle e ingeniera bsica del proyecto con la normatividad y estndares nacionales e internacionales de fcil interpretacin para una futura expansin o diagnsticos. 2. Facilitar la operacin y visualizacin local y remota del proceso en una o varias pantallas de operacin a travs de una pantalla tctil. 3. Crear niveles de accesos a pantallas y registros de tendencias histricas de las variables de proceso para cumplir con las normativas de operacin requeridas por la planta. 4. Automatizar el proceso de tal forma que quede preparado para una futura expansin.

3


Planteamiento del problema y metodologa.En la planta BOEHRINGER - INGELHEIM de Guadalajara se instalar un Tanque de inactivacin y un bio reactor, adems se acondicionar un cuarto estufa, los cuales sern equipos nuevos como parte adicional a un proceso llamado bacterinas, en estos equipos se realizar la reproduccin e incubacin de bacterias que se utilizan para la elaboracin de sus diferentes productos.

En la planta se manejan ciertos protocolos y normativas para la elaboracin de sus productos y por ende repercute en la forma de operar sus equipos, para poder cumplir con ellas, es fundamental realizar la automatizacin y visualizacin mediante un sistema SCADA a dichos equipos, y de esta manera tener un registro histrico de tendencias del comportamiento de las variables durante la operacin y a su vez se debe tener un control de accesibilidad mediante permisos para la manipulacin y operacin del proceso, es decir, el personal de operacin del proceso no debe tener el acceso total de la operacin del proceso, como por ejemplo la manipulacin manual de vlvulas desde pantalla, entre otras funciones.

La automatizacin del proceso debe ser a un costo accesible y cumplir con los requerimientos de calidad que el proceso de la planta necesita bajo la siguiente metodologa: 1. Desarrollo de la Ingeniera bsica y de detalle. 2. Reuniones con el personal de ingeniera de la planta BOEHRINGER INGELHEIM para dar a conocer la filosofa de control del proceso. 3. Desarrollar el programa para PLC en base a la filosofa de control del proceso. 4. Generar alarmas para variables crticas de operacin. 5. Implementar un paro de emergencia total del proceso. 6. Elaborar pantallas de operacin con grficos dinmicos del proceso con los equipos e instrumentos principales.

4


7. Incluir cdigos de acceso para distintos niveles en pantallas de operacin: Cada nivel de acceso tendr diferentes permisos, tanto para la operacin como para la modificacin de parmetros, setpoints entre otros. 8. Instalar una red de comunicacin industrial para el acceso remoto a las pantallas de operacin (bus de campo). 9. Capacitacin a personal de mantenimiento y de operacin para el manejo de la informacin de ingeniera, programacin de PLC y desarrollo de pantallas en sistema SCADA, como un valor agregado al servicio. Los puntos anteriores cumplen satisfactoriamente con las normativas de operacin y control de calidad de la planta BOEHRINGER INGELHEIM.

Caracterizacin del rea de participacin.Para el trabajo de integracin de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en planta BOEHRINGER INGELHEIM, se requiere una caracterizacin del rea de participacin., que en este caso, esta representada en un organigrama del equipo de trabajo para el proyecto, el cual es el siguiente:

5


Director del Proyecto: Es el lder de proyecto designado por la planta BOEHRINGER INGELHEIM, que tiene la encomienda de dirigir al personal involucrado en el proyecto, quien toma las decisiones mas importantes y que tiene la responsabilidad suprema de lograr xito para el buen trmino del proyecto. Ingeniera y Supervisin del Proyecto: Informa de manera peridica al Director del Proyecto los avances y recomendaciones pertinentes antes, durante y despus del desarrollo del proyecto. Realiza la ingeniera, la adquisicin de equipo, programacin del PLC y configuracin de los instrumentos de campo requeridos para el proyecto. Supervisa al personal a su cargo, haciendo diferentes encomiendas requeridas y necesarias para lograr el xito del proyecto. Sistemas Computacionales: Se encarga de allanar la ruta direccionada al rea de sistemas, de tal forma que los equipos de cmputo queden debidamente preparados para la adquisicin de datos, habilitando los permisos, en base a los diferentes niveles de acceso. Elctrico: Se encarga de la instalacin elctrica en planta y en el armado del tablero de control. Automatizacin: Se encarga de la asistencia tcnica para conjuntar todo lo necesario para la automatizacin del proyecto. Contratista: Realiza las actividades de instalacin mecnica, soportara, instalacin de gabinete y tuberas diversas.

6

Captulo 1 Definicin y planteamiento del problema.

CAPTULO 1 DEFINICIN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Definicin del problema.En la industria se utiliza muy a menudo el trmino denominado como Know how para referirse a la descripcin de un proceso, esta informacin normalmente no es totalmente divulgada. En el caso del proceso bacterinas no es la excepcin y tambin puede ser llamado Know how del proceso bacterinas. Cabe mencionar que en la definicin y descripcin detallada del proceso bacterinas no se hace mencin de los datos como tiempos de incubacin o datos que no tienen que ver con la solucin del problema ya que se trata de informacin confidencial. Dentro de la descripcin de ste proceso se va definiendo el problema o los problemas a resolver, que tienen que ver con la automatizacin del mismo.

1.1.1 Definicin y descripcin del proceso bacterinas. Para el proceso bacterinas se instalan los equipos principales siguientes: 1 Cuarto Estufa (incubadora). 1 Bio - Reactor. 1 Tanque de Inactivacin. El proceso bacterinas tiene varias etapas principales que tienen que ver con el proceso de cada uno de los equipos, estas etapas se describen a continuacin:

a) Cultivo e incubacin de clulas en el Cuarto Estufa. El proceso comienza realizando un cultivo de clulas dentro de un recipiente llamado spinner (reactor pequeo) de 125 mL, stas clulas se mantienen congeladas en nitrgeno lquido, despus de obtener un cultivo, se transfiere a dos spinner de 125 mL, de la misma forma, el cultivo de stos dos spinner se transfiere a un spinner de 1 L, y como las clulas se continan reproduciendo se realiza una nueva transferencia a dos spinner de 2 L. 7


b) Control de temperatura del Cuarto Estufa. Todos los recipientes se guardan en el Cuarto Estufa donde la temperatura es controlada automticamente por el PLC a 27 oC +2 C. Esta temperatura es registrada en una grfica de tendencias del sistema SCADA desde donde se realiza el ajuste de su setpoint. Los recipientes se mantienen en agitacin magntica constante, cuya velocidad es controlada de forma manual exactamente a 110 rpm. c) Transferencia a spinner de 36 L, registro de pH y control de Oxigeno disuelto. Las clulas provenientes de los spinner se transfieren a un spinner de 36 L de capacidad (reactor mediano), cuyos parmetros son similares a los anteriores, solo que la agitacin se lleva a cabo por un motor sobre la flecha del spinner, la temperatura se controla y registra en el mismo Cuarto Estufa de los spinner pequeos.

El control del oxigeno disuelto y pH del interior del spinner de 36L se realiza con un equipo dedicado (Controlador-Indicador-Transmisor), del cual se realiza el registro y monitoreo tanto del oxgeno disuelto como del pH por medio del sistema de adquisicin de datos SCADA. Todas las manipulaciones del cultivo de los spinner menores se realizan bajo flujo laminar. d) Transferencia desde spinner de 36 L a Bio - Reactor. Las clulas cultivadas en el spinner de 36 L se transfieren al Bio - Reactor de 150 L, sta transferencia se realiza mediante tubo de silicn con bomba peristltica. e) Esterilizacin de Bio - Reactor 150 L. La esterilizacin del interior del Bio - Reactor se realiza mediante un control de temperatura, el cual consiste de un elemento sensor de temperatura RTD (PT100), que manda su seal de medicin hacia el PLC y el sistema SCADA desde donde se fija el setpoint a 123 + 2 oC (rango en esterilizacin), y en base a ello el PLC controla la vlvula solenoide de entrada de vapor limpio para esterilizacin del cuerpo del reactor. Por seguridad se tiene una alarma de baja temperatura, la cual indica que la temperatura est fuera de rango en esterilizacin. Todos los recipientes, vlvulas de transferencia y puertos del Bio - Reactor se esterilizan por inyeccin de vapor limpio con aproximadamente 1.5 kg/cm2 de presin. El flujo de condensados es controlado manualmente con vlvulas de aguja a travs de tubo de in SS, 8


y la salida de vapor se lleva a trampas de vapor. Los filtros de entrada y salida de gases son purgados. f) Cultivo en Bio - Reactor 150 L. El Bio - Reactor de 150 L se opera con el objetivo de realizar un crecimiento celular a 27o

C, para realizar este crecimiento se realiza lo siguiente: Control de temperatura en interior del Bio Reactor: Un elemento sensor RTD del tipo PT100 instalado en un punto del Bio Reactor, manda su seal de la variable temperatura del interior del mismo hacia el PLC, el cual realiza el control y manda una seal para manipular la vlvula de suministro de vapor industrial y tambin controla una vlvula de suministro de agua fra y otra para drenaje de agua. El sistema SCADA registra y monitorea la temperatura controlada y desde ah mismo se puede modificar el setpoint. Control de agitacin del Bio Reactor: El control de la agitacin se hace manualmente desde un potencimetro, la velocidad a la que se fija la agitacin es de 30 rpm. Monitoreo del pH del Bio Reactor. El elemento sensor de pH manda su seal al sistema SCADA para realizar el registro histrico de sta variable. Control de oxigeno disuelto del Bio Reactor: El elemento sensor de oxigeno manda su seal al PLC, el cual manda su accin de control a las vlvulas solenoides que inyectan dos gases a travs de un difusor de forma alternada aire / oxigeno. El setpoint de control es de 50% de concentracin de oxigeno disuelto y es fijado desde el sistema SCADA. El registro histrico y monitoreo de la variable se hace desde el sistema SCADA. El flujo de oxigeno / aire se mide con rotmetros. Despus de cerca de 4 das se inocula el virus CIRCOFLEX y se opera el proceso por otros 7 das en las mismas condiciones. Adems para la parte de seguridad se tiene una alarma de alta presin y el Bio Reactor tiene instalado un disco de ruptura con bastn, como redundancia en caso de que la alarma de alta presin falle. Otras variables de proceso del Bio Reactor: Las variables de concentracin celular, viabilidad, glucosa y produccin de antgeno se determinan diariamente (dos veces al da) mediante la toma de muestras por el puerto de muestreo, que son 9


analizadas con los dispositivos correspondientes. g) Trasferencia de cosecha desde el Bio Reactor hasta el Tanque de Inactivacin. La cosecha obtenida del Bio Reactor se transfiere a el Tanque de Inactivacin utilizando presin, es decir, que se inyectan de 1 a 2 kg/cm2 de presin de aire o nitrgeno en el interior del Bio - Reactor para que haga fluir su cosecha hasta el Tanque de Inactivacin, el cual est debidamente esterilizado, de tal manera que dicha cosecha fluye a travs de un tren de filtros que fueron previamente esterilizados. h) Esterilizacin del Tanque de Inactivacin. La esterilizacin del interior del Tanque de Inactivacin se realiza mediante el control de temperatura. Un elemento sensor de temperatura RTD (PT100), manda su seal de medicin hacia el PLC, el sistema SCADA registra las tendencias de sta variable y a travs el se fija setpoint a 123 + 2 oC. El PLC controla la vlvula solenoide de entrada de vapor limpio para esterilizacin del cuerpo del Tanque de Inactivacin para que mantenga el valor de temperatura deseado. Una alarma se activa para cuando el valor de temperatura de esterilizacin es menor a 121 oC. i) Reaccin de Inactivacin en el Tanque de Inactivacin. La reaccin de inactivacin se realiza de la forma siguiente: Control de temperatura en Bio Reactor. Una vez transferida la cosecha se realiza la reaccin de inactivacin, manteniendo controlada la temperatura. El elemento sensor RTD (PT100) manda su seal al PLC, ste toma la accin de control mandando a abrir o cerrar un par de vlvulas, donde una de las cuales suministra vapor industrial a la chaqueta del Bio Reactor para calentar y la otra vlvula se manda a abrir para suministrar agua de enfriamiento para enfriar, el setpoint se fija desde el sistema SCADA a 37 oC +2 oC. Agitacin: El producto del interior del Bio Reactor se agita a velocidad de 200 rpm durante 4 das. Registro de datos: El sistema SCADA realiza un registro histrico de las tendencias de la variable temperatura. Alarmas: El PLC manda una alarma en caso de que la temperatura en el interior del Bio Reactor est fuera de rango o exista inactividad de agitacin.

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j) Neutralizacin del Tanque de inactivacin. Se neutraliza el inactivante residual en la cosecha con la adicin de un reactivo esterilizado por filtracin. Solo se realiza agitacin tras esta adicin por una hora. Se toma muestra de la cosecha inactivada para pureza, comprobacin de inactivacin y determinacin de protena por ELISA. Se transfiere la cosecha a recipientes de plstico de 50 L, para formular con solucin salina y adyuvante esterilizados por autoclave, se formula y envasa.

1.2 Justificacin.Dada la necesidad de la planta farmacutica BOEHRINGER - INGELHEIM de tener una nueva rea en su proceso de bacterinas donde se realice el cultivo de bacterias y microorganismos con la finalidad de elaborar sus diferentes productos, se realiza una propuesta para realizar la integracin de un proyecto de automatizacin de su proceso, de tal manera que la operacin del proceso sea de forma fcil y de rpido acceso de forma local o remota, adems toda la informacin que se genere quedar documentada para los diagnsticos, pruebas o para alguna futura expansin del proceso. Tambin el sistema de automatizacin debe realizarse en un periodo de tiempo corto.

Para esta aplicacin se emplea un autmata programable tambin llamado PLC que puede ser comunicado a un sistema SCADA de fcil implementacin y de bajo costo, reduciendo los tiempos de programacin configuracin y puesta en marcha. Este sistema cumple satisfactoriamente con los requerimientos que la planta solicita como son: 1. Operacin del proceso a travs del sistema supervisorio SCADA desde una pantalla tctil de forma fcil y confiable. 2. Implementacin de un autmata programable confiable con un bus de comunicacin de alta velocidad, que permitir interactuar de forma rpida con las pantallas de operacin del sistema SCADA. Esto es importante para el proceso, debido a que es crtico. 3. Accesos a distintos niveles en las pantallas de operacin que no son ms que permisos para la operacin y manipulacin de los parmetros. 4. Alarmas crticas para toma de acciones ante cualquier eventualidad anormal. 11


5. Visualizacin remota del proceso a travs de una red de comunicacin industrial.

1.3 Metodologa para la elaboracin del proyecto.Para la integracin y automatizacin de este proyecto es importante la participacin del personal de produccin, mantenimiento e ingeniera de la planta BOEHRINGER INGELHEIM, que son quienes determinarn las condiciones de operacin y requerimientos del proceso. Para esto es importante realizar una metodologa integral la cual contendr todos los puntos que se llevaran a cabo en la realizacin del proyecto, aunque con el entendido de que durante la ejecucin del proyecto esto puede tener ciertos cambios dependiendo del avance del proyecto. A continuacin se enlistan los puntos importantes que se siguen para la integracin del proyecto de automatizacin del proceso bacterinas de la planta BOEHRINGER INGELHEIM. La automatizacin del proceso debe ser a un costo accesible y cumplir con los requerimientos de calidad que el proceso de la planta necesita bajo la siguiente metodologa:

1. Reuniones con el personal de ingeniera de la planta BOEHRINGER - INGELHEIM para dar a conocer los requerimientos, condiciones y la secuencia de operacin. Se definen los alcances del proyecto de acuerdo a los requerimientos de la planta BOEHRINGER - INGELHEIM. Se determina la normatividad con que se debe cumplir para tener una certificacin. Se desarrolla un programa de obra para definir los tiempos de inicio y terminacin del proyecto. 2. Desarrollo de la Ingeniera bsica y de detalle. En la ingeniera se desarrollan los diagramas de diseo como los Diagramas de Tuberas e Instrumentacin, Diagramas de alambrado, diagramas de los tpicos de instalacin etc. 3. Desarrollar el programa para PLC en base a la filosofa de control del proceso. 4. Generar alarmas para variables crticas de operacin. 12


5. Implementar un paro de emergencia total del proceso. 6. Elaborar pantallas de operacin con grficos dinmicos del proceso con los equipos e instrumentos principales. 7. Incluir cdigos de acceso para distintos niveles en pantallas de operacin: Cada nivel de acceso tendr diferentes permisos, tanto para la operacin como para la modificacin de parmetros, setpoints entre otros. 8. Instalar una red de comunicacin industrial para el acceso remoto a las pantallas de operacin (bus de campo). 9. Capacitacin a personal de mantenimiento y operacin para el manejo de la informacin de ingeniera, programacin de PLC y desarrollo de pantallas en sistema SCADA, como un valor agregado al servicio. Los puntos anteriores cumplen satisfactoriamente con las normativas de operacin y control de calidad de la planta BOEHRINGER INGELHEIM.

1.4 Diagrama de flujo.El diagrama de flujo es una representacin grafica que muestra la sucesin de los pasos de los que consta un procedimiento. Procedimiento. Un procedimiento es aquel que establece el orden cronolgico y la secuencia de actividades que deben seguirse en la realizacin de un trabajo repetitivo. Existen dos formas de plantear un procedimiento: A travs de una descripcin detallada A travs de un diagrama de flujo Importancia del diagrama de flujo. Registra y transmite, sin distorsiones, su seguimiento, aplicacin y evaluacin de las actividades. Ayuda a la sistematizacin de las actividades, destacando simblicamente. Genera coordinacin de las areas responsables de cada una de las actividades y evita duplicar trabajo. Controla el cumplimiento de las actividades y evita su alteracin arbitraria. 13


Fomenta la comunicacin formal entre los empleados, lo que evita fuga de responsabilidad. Evita consulta de los empleados a los jefes superiores. Erradica la duplicidad de esfuerzos y actividades. Elimina o reduce el atraso de actividades. Equilibra el grado de autoridad y responsabilidad en cada puesto. Mayor rapidez en tomar decisiones. Los trabajadores realizan mejor y con mayor eficiencia sus labores. Ayudan en el adiestramiento y capacitacin del personal en virtud de que describen de manera detallada las actividades por rea.

Los diagramas de flujo se pueden presentar en forma vertical u horizontal. Diagrama de flujo Vertical: La secuencia de actividades va representada de arriba hacia abajo. Diagrama de flujo Horizontal: La secuencia de actividades va de izquierda a derecha. Simbologa. En la tabla 1.1 se ilustra la simbologa que utilizan los diagramas de flujo.

Tabla 1.1. Simbologa utilizada en los diagramas de flujo. Operacin: Se dice que hay operacin cuando algo esta siendo creado, cambiado o aadido. Inspeccin: Cuando alguna actividad es revisada o verificada sin ser alterada en sus caractersticas. Traslado o secuencia del procedimiento Almacenamiento: Cuando se almacena o archiva algo para ser guardado con carcter definitivo.

Decisin.

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Captulo 1 Definicin y planteamiento del problema.INICIO

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

PROPUESTA TECNICO ECONOMICA

COSTOS ESTIMADOS SI

ACEPTACION DE PROYECTO

NO

NEGOCIACION?

NO

FIN SI REUNION CON PERSONAL DE LA PLANTA

REALIZACION DEL DTI RECTIFICAR

REVISAR DTI

CORRECTO?

NO

SI INGENIERIA BASICA Y DE DETALLE COMPRA DE MATERIALES, INSTRUMENTOS Y PLC ARMADO DE TABLERO DE CONTROL DESARROLLO DEL PROGRAMA DE PLC ELABORACION DE PANTALLAS CON GRAFICOS DINAMICOS INTALAR RED DE COMUNICACIN INDUSTRIAL ARRANQUE, PUESTA EN MARCHA Y CAPACITACION FIN

Figura 1.1. Diagrama de Flujo para la integracin del proyecto bacterinas.

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En la figura 1.1 se muestra el diagrama de flujo para la integracin del proyecto bacterinas, en ste diagrama se aprecian las actividades que se hacen paso a paso para el desarrollo del proyecto bacterinas con la finalidad de lograr xito en el mismo.

La integracin del proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER INGELHEIM, se inicia realizando un planteamiento del problema, seguido de una propuesta tcnico -econmica, que a su vez es analizada por el cliente para determinar el presupuesto. Una vez aprobada la propuesta tcnico econmica, se realiza una reunin con personal de mantenimiento e ingeniera de la planta BOEHRINGER INGELHEIM para determinar los alcances en cuanto a desarrollo y tiempo del proyecto.

El Diagrama de Tuberas e Instrumentacin se realiza en base a los alcances de desarrollo del proyecto y un anlisis de campo. A partir del desarrollo del DTI se realizas las dems tareas como el desarrollo de la ingeniera bsica y de detalle, compra de materiales, armado de gabinete, desarrollo del programa del PLC, elaboracin de pantallas con grficos dinmicos, instalacin de red de comunicacin industrial, arranque, puesta en marcha y capacitacin.

1.5 Alcance de obra.En el presente documento denominado Integracin de un proyecto para automatizar con PLC y SCADA el proceso bacterinas en la planta BOEHRINGER INGELHEIM se desarrolla la Ingeniera Bsica y de Detalle, durante la ejecucin se generarn los diferentes esquemas, narrativas (control y seguridad), seleccin de instrumentos mediante hojas de especificaciones, Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (DTI), un sistema de control automtico para las variables de proceso y la interfaz hombre maquina para el monitoreo y supervisin de variables.

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Para el desarrollo de la ingeniera se cotizan los instrumentos de tipo industrial adecuados para el diseo de la estrategia de control, supervisin y monitoreo de las variables del proceso, como son, Temperatura, Presin, Oxigeno, Conductividad y pH en el Tanque de Inactivacin, Bio - Reactor y Cuarto Estufa del proceso bacterinas, utilizando un controlador lgico programable (PLC) y un control de supervisin y adquisicin de datos (SCADA) para interactuar con el proceso. De a cuerdo a lo anterior se presenta el siguiente alcance de obra:

Se instalarn tres equipos principales en el rea llamada bacterinas, estos equipos son: Un Tanque de Inactivacin, un Bio- Reactor de 150 litros, un tanque de preparacin de medios que estar dentro de un Cuarto Estufa.

Se instalar un sistema de monitoreo y control a travs de un PLC que consiste de un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) que permitir la fcil visualizacin, interpretacin y manipulacin de las diferentes etapas del proceso de fabricacin de Circoflex.

Se implementar una pantalla tctil, y de ser factible y necesario se instalar otra pantalla a travs de una red Ethernet en el rea de esclusa de materiales que dar la facilidad de inspeccionar el comportamiento del sistema sin la necesidad de ingresar al cuarto limpio.

Cada uno de los elementos antes mencionados tiene diferentes etapas como se describir a continuacin:

1. Tanque de preparacin de medios (Cuarto Estufa).

Tabla 1.2. Etapa de control en tanque de preparacin de medios.Modo de control Limpieza Esterilizacin T=121C Automtico X X Manual A X

X: No aplica.

A: Aplica. 17


2. Bio - Reactor 150 litros. Tabla 1.3. Etapa de control en Bio - Reactor.Automtico Limpieza X Esterilizacin T=121C A Agitacin X Control de temperatura del producto a A 27 y 4C durante un tiempo T Modo de control Manual A X A X

X: No aplica. 3. Tanque de Inactivacin:

A: Aplica.

Tabla 1.4. Etapa de control en Cuarto de Inactivacin.Modo de control Automtico Limpieza X Esterilizacin T=121C A Agitacin A Control de temperatura del producto a A 37C durante un tiempo T Manual A X X X

X: No aplica.

A: Aplica.

4. Descripcin de acciones que se realizaran sobre las variables del proceso con el sistema de control. Tabla 1.5. Tabla de variables a controlar o registrar en el proceso bacterinas.VariableTemperatura pH Conductividad Oxgeno Presin Agitacin (rpm) Apertura vlvulas

Cuarto estufaR X X X X X A C X X X X X A I X X X X X A

Tanque de Bio Reactor 2 X Spinner Spinners inactivacin 150 litros 36 litros Cantidad 8R R X X R R A C X X X C X A I I X X I I A R X X R X R A C X X C X X A I X X I X I A X R R R R X X X X X C C X X X I I I I X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

Tanque preparacin de mediosX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

X: No aplica. R: Registro C: Control

I: Indicacin analgica. A: Aplica.

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1.6 Costos estimados.Los gerentes de ingeniera de las empresas no cuentan con recursos ilimitados para llevar a cabo los proyectos de automatizacin y control, por lo que requieren elaborar presupuestos o costos estimados, que son: un plan numrico para asignar recursos a actividades especficas. Un presupuesto o costo estimado para cualquier persona, empresa o gobierno, es un plan de accin de gasto para un periodo futuro, generalmente de un ao, a partir de los ingresos disponibles. Es la herramienta de planeacin de muchas organizaciones, dado que obliga a la compaa a realizar por anticipado una recopilacin numrica de flujo de efectivo, gastos e ingresos y desembolso de capital. Como herramienta de planeacin, indica que actividades, materiales o mano de obra son importantes y cuantos recursos deben asignarse a cada una. Pero los presupuestos no son solo para planear, tambin sirven para controlar, ya que ofrecen a los gerentes herramientas cuantitativas para medir y comparar el aprovechamiento de los recursos. Es una actividad gerencial importante porque impone en la empresa una estructura y disciplina financiera. Son una tcnica de planeacin que aplican todos los gerentes, proyectistas o administradores, cualquiera que sea su nivel. En este caso como lder de proyecto de automatizacin, segn la administracin se considera gerente de mandos medios. Los costos estimados o presupuesto es una herramienta importante debido a que es utilizado como medio administrativo de determinacin adecuada de capital, costos e ingresos necesarios en una empresa, as como la debida utilizacin de los recursos disponibles acorde con las necesidades de cada una de los departamentos que integran dicha empresa. Segn Harry A. Finney el presupuesto o costos estimados lo define como un plan financiero para las operaciones de un periodo futuro, basado en los resultados obtenidos de periodos anteriores y en datos conseguidos por medio de la investigacin y el anlisis

FINALIDAD DE LOS COSTOS ESTIMADOS O PRESUPUESTOS. a) Contribuir a la planeacin eficaz del trabajo. b) Apoyar la asignacin de recursos 19


c) Apoyar el control y monitoreo de la utilizacin de los recursos durante el periodo cubierto por el presupuesto SUGERENCIAS PARA MEJORAR LA ELABORACIN DE PRESUPUESTOS O COSTOS ESTIMADOS. a) Debe ser flexible. b) Las metas deben impulsar los presupuestos; los presupuestos no deben fijar las metas. c) Se debe coordinar la elaboracin de los costos estimados para un proyecto. d) Usar software de costos estimados y planeacin. e) Recordar que los costos estimados son herramientas. f) Tomar en cuenta que las utilidades son el resultado de una administracin inteligente, no de haberlas considerado en el presupuesto. ASPECTOS ESTIMADOS. 1. Las actividades del siguiente periodo deben ser programadas. Las actividades de trabajo para un proyecto son resultado de las metas fijadas. 2. Los recursos necesarios para cumplir con las actividades que permitirn el logro del proyecto se seleccionan. Hay varias clases de presupuestos para asignar los recursos; los ms comunes se ocupan de los recursos monetarios, pero tambin hay presupuestos de tiempo, materiales, recursos humanos, utilizacin de capacidad o unidades de produccin. En este estimado de costos solo nos referiremos a un presupuesto de recursos monetarios. 3. Se deben conseguir estimaciones precisas de los costos de los recursos que necesita, estos pueden ser materiales, mano de obra o cualquier otra actividad. 4. Se adquiere la informacin de los recursos disponibles, los cuales se asignan conforme se requieran para poder cumplir con las actividades de trabajo. En muchas organizaciones los gerentes de ingeniera o lderes de proyecto reciben partidas presupuestarias mensuales, trimestrales o anuales para trabajar. En el presupuesto se detalla que recursos estarn disponibles durante el periodo, como gerente o lder de proyecto se tiene la responsabilidad de distribuir esos recursos de manera eficiente y eficaz para cumplir con las metas del proyecto. 20 PARA LA ELABORACIN DE PRESUPUESTOS O COSTOS


5. Es prudente revisar el presupuesto de forma peridica. No se debe esperar hasta el final del periodo para vigilar si se paso o no del presupuesto. 6. Si los gastos realizados sobrepasan el presupuesto, se debe realizar un anlisis y en base a los resultados obtenidos se procede a tomar medidas correctivas. 7. Las experiencias obtenidas en periodos anteriores pueden ser aprovechadas para implementarlas en un periodo nuevo. Cada periodo presupuestado es diferente, pero es posible aprovechar las experiencias para detectar tendencias y posibles problemas. Este conocimiento permitir prepararse para cualquier circunstancia que surja.

COSTOS ESTIMADOS PARA EL PROYECTO DE AUTOMATIZACION DEL PROCESO BACTERINAS La empresa IMEPI S.A. de C.V. realiza un estimado de costos de sus servicios de

ingeniera, mano de obra y materiales a la planta farmacutica BOEHRINGER INGELHEIM, realizando los ajustes pertinentes y de esta manera estar dentro del

presupuesto de dicha planta para realizar la automatizacin de su proceso bacterinas, donde se detallan tres listados que estn clasificados como se muestra en la tabla 1.6:

Tabla 1.6. Costos estimados de servicios de ingeniera.PART. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CANT. 1 1 1 9 8 8 4 9 1 2 1 4 CONCEPTO INGENIERIA BASICA Diagrama de Tuberas e Instrumentacin Filosofa de control ndice de Instrumentos Hojas de Especificaciones de Instrumentos Listado de seales de entradas y salidas del PLC. INGENIERIA DE DETALLE Diagramas funcionales de instrumentacin o de lazo. Diagramas de los tpicos de instalacin de instrumentos. Diagramas de alambrado de instrumentos. Diagramas de ubicacin de instrumentos. Diagramas de gabinete. Programacin de PLC. Implementacin de un sistema HMI SCADA y elaboracin de pantallas. TOTAL INGENIERIA P $3.300,00 $2.500,00 $700,00 $4.200,00 $4.500,00 $5.900,00 $3.500,00 $7.500,00 $1.100,00 $1.300,00 $9.200,00 $2.700,00 $46.400,00 R $3.000,00 $2.000,00 $500,00 $4.500,00 $4.000,00 $5.600,00 $3.200,00 $7.200,00 $1.000,00 $1.200,00 $9.000,00 $2.800,00 $44.000,00

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P= Presupuestado; R= Real. En la tabla 1.6 se ilustra un listado con los costos estimados de los servicios de ingeniera, los cuales son obtenidos en base a la experiencia obtenida de proyectos anteriores y otros factores que intervienen como puede ser el numero de instrumentos y equipos, la cantidad de seales analgicas y digitales, etc. En el siguiente listado de actividades de ingeniera se menciona que factores se tomaron en cuenta para realizar los costos estimados: 1.- Diagrama de Tuberas e Instrumentacin. Para determinar el costo estimado para el diseo y elaboracin de este diagrama se revisan cuantos equipos, instrumentos y lneas de proceso se dibujarn as como el acomodo y bajo que normatividad ser realizado. 2.- Filosofa de control. El costo estimado para la elaboracin del documento denominado filosofa de control, depende bsicamente de una descripcin detallada del proceso por parte de la plantaBOEHRINGER INGELHEIM o si no esta detallada la descripcin por lo menos que

sea lo ms cercana posible, con ello se puede tener un nmero aproximado de lneas que tendr el texto de este documento. 3.- ndice de Instrumentos. Para determinar el costo de la elaboracin de este ndice solo se necesita saber el nmero de hojas de ste documento. 4.- Hojas de Especificaciones de Instrumentos. El costo de las Hojas de Especificaciones tambin es determinado por el nmero de hojas que se elaboren. 6.- Listado de seales de entradas y salidas del PLC, Diagramas funcionales de instrumentacin o de lazo, Diagramas de los tpicos de instalacin de instrumentos, Diagramas de alambrado de instrumentos, Diagramas de ubicacin de instrumentos y Diagramas de gabinete. Al igual que en el caso anterior, su costo para la elaboracin de todos estos documentos de ingeniera se determina por la cantidad de hojas que se realizan. 7.- Programacin de PLC. El presupuesto para los servicios de programacin del PLC se realiza mediante un estimado del nmero de lneas de programacin y la complejidad del programa o la estrategia de control. 22


Tabla 1.7. Costos estimados de servicios de mano de obra.PART. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CANT. 1 1 1 1 9 8 1 8 1 CONCEPTO Calibracin de instrumentos. Configuracin de instrumentos. Armado de gabinete de control. Interconexin de instrumentos de campo a gabinete de control. Instalacin de Red Industrial Ethernet. Instalacin y pruebas de Estacin de Operacin. Comisionamiento de seales de campo. Puesta en Marcha. Capacitacin TOTAL DE MANO DE OBRA P $5.300,00 $2.700,00 $2.800,00 $1.200,00 $2.000,00 $2.100,00 $1.500,00 $5.000,00 $3.300,00 $25.900,00 R $5.000,00 $2.500,00 $2.500,00 $1.800,00 $1.500,00 $2.000,00 $1.500,00 $5.000,00 $3.000,00 $21.800,00

P= Presupuestado; R= Real. Para la tabla 1.7 se tienen los costos estimados por los servicios de mano de obra, los cuales son mencionados a continuacin: 1.- Calibracin y configuracin de instrumentos. El presupuesto de los servicios de calibracin y configuracin de instrumentos depende del tipo de instrumento, el lugar o el tiempo que se requiere para realizar este servicio. 2.- Armado de gabinete de control. El presupuesto para la mano de obra del armado del gabinete de control depende del tamao del gabinete, del nmero de entradas y salidas del PLC, nmero de protecciones, identificaciones y tambin del tiempo de elaboracin. 3.- Interconexin de instrumentos de campo a gabinete de control. El costo estimado para este trabajo solo depende del nmero de seales digitales o analgicas a conectar y el tiempo de ejecucin. 4.- Instalacin de Red Industrial Ethernet. Se determina por la cantidad de elementos a conectar. 5.- Instalacin y pruebas de Estacin de Operacin, comisionamiento de seales de campo y Puesta en Marcha. El costo es determinado por tiempo de ejecucin. 6.- Capacitacin. El costo de este servicio se determina con el nmero de horas de capacitacin.

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Tabla 1.8. Costos estimados de materiales.PART. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 CANT. 1 1 2 2 1 3 1 1 1 1 1 3 1 CONCEPTO Controlador Lgico Programable (PLC) Mdulo de Entradas analgicas RTD Mdulo de Entradas Analgicas (4-20mA). Mdulo de Salidas Analgicas Mdulo de Entradas Digitales Mdulo de Salidas Digitales. Gabinete de control y materiales. Switch Ethernet Estacin de control Pantalla Tctil Cable de instrumentacin. Sensor de temperatura tipo RTD. Transmisor de presin manomtrica. TOTAL DE MATERIALES P $2.800,00 $3.500,00 $6.900,00 $7.400.00 $2.500,00 $7.500,00 8.000,00 400,00 22.000,00 15.000,00 5.000,00 $1.200,00 $6.500,00 $88.700,00 R $1.800,00 $3.200,00 $6.600,00 $6.400.00 $2.500,00 $7.500,00 8.000,00 400,00 22.000,00 15.000,00 5.000,00 $1.200,00 $6.500,00 $86.100,00

P= Presupuestado; R= Real. Los costos estimados para el listado de la tabla 1.8, se obtiene de las cotizaciones por parte del proveedor de instrumentos, equipo y materiales o tambin de los costos obtenidos en proyectos anteriores.

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Captulo 2 Ingeniera bsica

CAPTULO 2 INGENIERA BSICA

2.1 Programa de obra.Un programa de obra es un programa de trabajo representado a travs de un esquema donde se establecen: la secuencia de actividades especficas que habrn de realizarse para alcanzar los objetivos, y el tiempo requerido para efectuar cada una de sus partes y todos aquellos eventos involucrados en su consecucin. Si se observa a un grupo de supervisores o gerentes de departamento durante algunos das, se dar cuenta que especifican con regularidad las actividades por realizar, el orden en que stas debern llevarse a cabo, quien estar a cargo de cada una de las actividades y cuando deben estar terminadas dichas a actividades. Lo que estos gerentes utilizan para organizar las actividades son los programas de trabajo, que para efectos de este proyecto se le nombrar programa de obra. Los programas de obra se representan con graficas para hacer ms fcil su entendimiento, la grafica ms comn es la desarrollada por Henry Laurence Gantt en la que se muestra la produccin real y la planificada a lo largo de un periodo. Es una grfica de barras en la cual el tiempo est representado en forma horizontal y las actividades a programar en el eje vertical. Las barras muestran la produccin, tanto planificada como real a lo largo de un periodo, muestra visualmente cuando se ha supuesto que debern realizarse las tareas, y compara esa situacin ideal con el avance real logrado por cada una de ellas. Se clasifican en: Tcticos: Son aquellos que se establecen nicamente para una rea de actividad, ejemplo un programa de produccin. 25


Operativos: Son aquellos que se establecen en cada una de las unidades o secciones de las que consta un rea de actividad, es mucho ms especfico que el tctico. Lineamientos para elaborar un programa de obra. El responsable del programa de obra y aquellos que intervendrn en la ejecucin del mismo, deben participar en su formulacin. En el programa de obra debe estar considerada la determinacin de los recursos y el periodo para completarlo, de tal forma que estn relacionados con la posibilidad de la empresa. La aprobacin del desarrollo y ejecucin del programa de obra, debe comunicarse a todos aquellos que estn involucrados en el mismo. El programa de obra debe ser factible. Evitar que los programas se contrapongan entre s. Deben establecerse por escrito, graficarse, ser precisos y de fcil comprensin. El programa de obra debe ser adaptable a las modificaciones o cambios que se presenten; asimismo se deben considerar las consecuencias que puedan presentarse en el futuro. Importancia de los programas de obra. Suministran informacin e indican el estado de avance de actividades. Mantienen en orden las actividades, sirviendo como herramienta de control. Identifican a las personas responsables de llevarlos a cabo, ya que se determina un programa para cada centro de responsabilidad. Determinan los recursos que se necesitan. Disminuye los costos. Orienta a los trabajadores sobre las actividades que deben realizarse especficamente. Determinan el tiempo de iniciacin y terminacin de las actividades. Se incluyen nicamente las actividades que son necesarias. Evitan la duplicidad de esfuerzos.

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2.1.1 Programa de obra del proceso bacterinas. En el programa de obra para el proceso bacterinas se enlistan las diferentes tareas a realizar, los tiempos ideales de ejecucin y el avance en tiempo real del mismo. En dicho programa se lleva un control de avance de las actividades del proyecto en das, semanas o meses en que tardarn en ejecutarse las diferentes tareas de dicho proyecto. Los tiempos que se indican en el programa de obra son tiempos programados, en los que se realizan las diferentes actividades del proyecto. Posteriormente conforme se realiza el avance de cada una de las tareas del proyecto se marcan los tiempos ejecutados en porcentaje. El formato del programa de obra se ilustra en la tabla 2.1, donde se considera el avance de obra por semanas, en el cual cada una de sus actividades de la lista se puede hacer de forma independiente y es posible que se puedan ejecutar dos o ms actividades al mismo tiempo. Para lograr un buen control de avance para este proyecto, es fundamental respetar los tiempos programados estrictamente con la finalidad de terminar y entregarlo lo ms cercano posible al tiempo que originalmente se plane y en el mejor de los casos entregarlo antes del tiempo ideal.

2.1.2 Metodologa para elaborar el programa de obra del proceso bacterinas. 1.- Realizar el formato del programa de obra como el del ejemplo de la tabla 2.1, el cual est dividido en campos donde se enlistan las actividades y tiempos para ejecucin del proyecto. 2.- Hacer un listado de las actividades o tareas ms importantes del proyecto. 3.- Ordenar cronolgicamente la realizacin de las actividades. 4.- Definir las actividades que pueden realizarse de manera simultanea sin depender una de la otra. 27


5.- Asignar a cada actividad la unidad de tiempo de su duracin, as como los recursos necesarios. 6.- Definir mediante un cdigo de colores los tiempos programados (verde) y ejecutados (rojo) de cada actividad o tarea. En este caso para definir los tiempos programados se recurre a la experiencia en la realizacin de otros proyectos para determinar la duracin de cada actividad e integrarlo en la totalidad del proyecto.

2.1.3 Formato de programa de obra para el proceso bacterinas. El formato del programa de obra de la tabla 2.1 tiene varias columnas, las cuales corresponden al nmero de actividad, la descripcin de la actividad, el tiempo representado en meses y el avance de obra en porcentaje. El tiempo programado de cada actividad de proyecto y el tiempo en que se ejecut la actividad estn representados con recuadros. En la parte superior del formato se escribe el nombre y nmero del proyecto, la fecha de inicio y trmino, adems un cdigo de color donde se diferencien los tiempos programados de los tiempos ejecutados de las actividades del proyecto, como se ilustra en la tabla 2.1.Tabla 2.1. Formato de programa obra del proceso bacterinas.

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2.1.4 Listado de actividades para integrar el proceso bacterinas. Las actividades del proyecto que se definen se escriben en los espacios reservados para cada actividad. En este caso se mencionan las actividades ms comunes que se realizan en este proyecto de automatizacin, las cuales son requeridas por la planta. A continuacin se enlistan las actividades para la integracin del proyecto del proceso bacterinas de la planta BOEHRINGER - INGELHEIN que corresponden a la ingeniera bsica, ingeniera de detalle e instalacin y puesta en marcha del proyecto. Ingeniera bsica. Elaboracin del programa de obra Diagrama de tuberas e instrumentacin (DTI). Filosofa de control. Arquitectura de control. ndice de instrumentos. Hojas de especificaciones de instrumentos. Tablas comparativas de instrumentos. Listado de seales de entradas y salidas del PLC. Ingeniera de detalle. Diagramas funcionales de instrumentacin o de lazo. Diagramas de los tpicos de instalacin de instrumentos. Diagramas de alambrado de instrumentos. Diagramas de ubicacin de instrumentos. Diagramas de gabinete. Red de comunicacin industrial. Programacin de PLC Implementacin de un sistema HMI SCADA y elaboracin de pantallas. Instalacin y puesta en marcha de proyecto. Pruebas a gabinete de control. Pruebas a estacin de control. 29


Pruebas a seales de instrumentos de campo. Calibracin, configuracin y ajuste de instrumentos de campo. Pruebas en seco. Pruebas con agua. Pruebas con producto.

2.1.5 Tiempos programados y ejecutados. En este caso se marcan los cuadros de los tiempos en que se estima que puede realizarse una actividad, tambin se indican los tiempos en que la actividad se realiz. En la tabla 2.2 se observa que estn marcados con color verde los cuadros de los tiempos programados, es decir los tiempos en que se estima que se debe ejecutar cierta actividad. Cada cuadro representa una semana. Tambin estn marcados cuadros con color rojo que corresponde a las actividades que se van ejecutando. Existen dos o ms actividades que pueden hacerse de forma simultnea sin depender de una actividad previa. Hay actividades que se pueden traslapar, estas actividades solo requieren de una parte del avance de una actividad previa para poder iniciar. En la tabla 2.2 se muestra el programa de obra con sus actividades correspondientes para la integracin de este proyecto, observndose lo siguiente: La primera actividad que se enlista, es la elaboracin del programa de obra, donde se indica con un recuadro de color verde el tiempo estimado que debe llevar para la elaboracin de ste programa. El programa de obra se realiza primero porque es a partir de este de donde se llevar el control total de los tiempos de las distintas actividades del proceso bacterinas. Se puede observar que para realizar la filosofa de control el diagrama de flujo de tuberas e instrumentos (DTI), que se estudiar mas adelante, debe estar totalmente terminado. 30


Tambin se observa que el ndice de instrumentos y las hojas de especificaciones se pueden realizar de forma simultnea al igual que las tablas comparativas de instrumentos y el listado de seales de entradas y salidas del PLC.Tabla 2.2. Formato de obra con lista de actividades y tiempos programados.

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2.2 Diagrama de tuberas e instrumentacin (DTI) del proceso bacterinas.En los proyectos de automatizacin y control los diagramas de diseo de un proceso son de mucha importancia, dichos diagramas permiten la planificacin y ejecucin de un proyecto. Uno de los diagramas que se debe realizar para la automatizacin de este proyecto es el Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (DTI), en el cual se representan grficamente los instrumentos y tuberas de campo del proceso, donde cada instrumento se relaciona con algn lazo de control o tambin puede representarse sin lazo o como lazo abierto. Adems se agregan otros elementos como las alarmas crticas mediante los interlocks de seguridad, gabinetes, suministros de aire, agua., vapor, etc. Un DTI es un diagrama que se realiza para la generacin de informacin de ingeniera bsica y de detalle, definir y organizar un proyecto, mantener el control sobre un contratista durante la construccin, entender como es controlada la planta despus de finalizar el proyecto, mantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para la construccin, registrar lo que fue construido en la forma como se diseo en el DTI. Adems este diagrama es utilizado como plantilla para el desarrollo de pantallas en algn sistema SCADA. Sin este diagrama es muy difcil realizar la documentacin de ingeniera de las diferentes reas. En este diagrama esta contenida de manera grfica la informacin del diseo de la instalacin de las tuberas e instrumentos que deben ir en el proceso bacterinas para su optima automatizacin. Se pueden hacer modificaciones al diagrama durante la ejecucin del proyecto, las cuales permiten ir mejorando los detalles que surgen. Los DTIs son conocidos con varios nombres, pero todo mundo sin tomar en cuenta como son nombrados conoce su valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales son conocidos: DTI. P&ID (por sus siglas en ingles Piping and Instrumentation Diagram). 32


Diagramas de tubera e instrumentacin. Diagramas de procesos e instrumentacin.

2.2.1 Elaboracin de un DTI. Para elaborar el DTI participan diferentes especialistas en cada rea, como las reas de produccin, elctrica, instrumentacin, mecnica, civil, automatizacin y mantenimiento, donde cada uno de ellos aporta sus conocimientos en cada una de sus respectivas especialidades y as lograr conjuntarlas en el diagrama antes mencionado. Con lo que respecta a la parte de instrumentacin en el DTI se determinan los instrumentos que se requieren y las caractersticas de los mismos para hacer el control o la medicin de las diferentes variables que existirn en el proceso, tambin se definen los lazos de control ya sea abiertos o cerrados, las alarmas crticas de proceso, los gabinetes, y adems los interlocks de seguridad. Los dimetros y material de las tuberas, niveles, servicios (aire, vapor, agua, etc.), tambin son representados en el DTI. El DTI para el proceso de bacterinas contiene lo siguiente: Lazos de control Gabinete Alarmas Tuberas Notas

2.2.2 Lazos de control en el DTI. Un lazo de control es un sistema que consta de un conjunto de dispositivos de medicin y control para controlar y mantener en un valor deseado a una variable de forma manual o 33


automtica, estos lazos pueden ser abiertos o cerrados. Al sistema de lazo cerrado tambin se le llama sistemas de control retroalimentado. El dispositivo de medicin de la variable a controlar se le llama elemento primario, el dispositivo que controla a la variable se le llama elemento de control y al elemento que produce el cambio en la variable para mantenerla controlada se le conoce como elemento final de control. En el DTI del proceso bacterinas estn representados los lazos de control de las variables a controlar, dichos lazos se apegan a la norma ANSI/ISA-5.1-1984 (R 1992) Identificacin y smbolos de instrumentacin, descrita en el anexo A y a un criterio de simbologa requerido por la plata BOEHRINGER INGELHEIM mostrado en las tablas 2.3 y 2.4. Para representar simblicamente a los instrumentos en el DTI, se toman criterios para nombrar a un instrumento dentro de dicho diagrama, todos los instrumentos representados en el DTI forman lazos de control, abiertos o cerrados, con otros instrumentos. Para el proceso bacterinas, se realiza un criterio de simbologa para identificar a los equipos e instrumentos de campo que conforman los lazos de control del mismo. Para representar un lazo de control simblicamente, se toman en cuenta las siguientes consideraciones: Letras de identificacin de instrumentos. Smbolos de lneas de seales y alimentacin. Smbolos de instrumentos. Criterios de simbologa. Lazos de control en un DTI.

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2.2.3 Criterio para dibujar equipos y tuberas en el DTI. Primeramente se dibujan y se enumeran los equipos en el DTI tratando de respetar el orden que llevarn en el proceso real. Para el proceso bacterinas se instalar un Tanque de Inactivacin y un Bio - Reactor. La numeracin de estos equipos se hace de acuerdo a un criterio como por ejemplo, se puede poner en orden ascendente, es decir si son 10 tanques se puede comenzar a numerar desde el numero 1, en el proceso de bacterinas solo se tiene un Bio - Reactor y un Tanque de Inactivacin, los cuales se identifican como BR Y TI respectivamente, adems existe una bomba B1 y un intercambiador de calor IC. En el caso del Tanque de Inactivacin se observa que la letra T corresponde a la inicial de la palabra tanque lo mismo se hace con el Bio - Reactor, con una bomba u otro equipo. Adems de identificar los equipos tambin se trazan las lneas correspondientes a las tuberas mecnicas identificndolas con una etiqueta abreviada que contenga la informacin de la tubera como dimetro, material y fluido que circulara en ella. Todo esto respetando el criterio para elaboracin de un DTI descrito en el anexo B, en las figuras 2.1, 2.2 y 2.3 se muestran los diagramas que ilustran los equipos principales y lneas del proceso bacterinas.

Figura 2.1. Diagrama de Tuberas del Cuarto Estufa del proceso bacterinas.

El diagrama de la figura 2.1 ilustra lo siguiente: Un Cuarto Estufa identificado como CE. Un Tanque Spinner. 35


Vlvulas actuadas. Tubera de suministro de oxigeno. Tubera de suministro de aire. Tubera de suministro de nitrgeno. Etiquetas.}

Figura 2.2 Diagrama de Tuberas del Bio Reactor 2 del proceso bacterinas.

El diagrama de la figura 2.2 ilustra lo siguiente: Un Bio Reactor identificado como BR. Vlvulas actuadas. Tubera de suministro de vapor industrial de 1 pulgada. Tubera de suministro de oxigeno. Tubera de suministro de aire. Tubera de suministro de nitrgeno. Tubera de retorno de condensados de la chaqueta del Bio - Reactor. Vlvula de venteo. Etiquetas.

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Figura 2.3. Diagrama de Tuberas del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas.

El diagrama de la figura 2.3 ilustra lo siguiente: Un Tanque de Inactivacin identificado como TI. Un intercambiador de calor identificado como IC. Una bomba centrifuga identificada como B1. Vlvulas actuadas. Tubera de suministro de vapor industrial. Tubera de suministro de vapor limpio. Tubera de entrada de agua de enfriamiento. Tubera de retorno de condensados de la chaqueta del Tanque de Inactivacin TI. Tubera de retorno de condensados del interior del Tanque de Inactivacin TI. 37


Vlvula de venteo. Etiquetas.

2.2.4 Simbologa de instrumentos en el DTI y otros planos. Para realizar la identificacin de los instrumentos que forman los lazos de control de los DTI de las figuras 2.1, 2.2 y 2.3, es importante que primeramente se realice un criterio de simbologa. Este criterio se realiza para determinar el nombre o smbolo alfanumrico que tendrn los instrumentos en los diagramas de diseo del proyecto como los DTIs, diagramas de alambrado, etc. Con este criterio de identificacin, los instrumentos sern fcilmente localizados en el rea de campo y en los diagramas de alambrado para su pronto diagnostico, tambin esta identificacin permite que se puedan agregar nuevas seales al programa del PLC sin repetir nombres, tomndolos como referencia para una futura expansin del proceso. Para el proceso bacterinas se consideran los siguientes criterios de identificacin: 1. Antes de agregar los instrumentos de campo al DTI se tienen que identificar bajo un criterio, en el cual la numeracin puede ser consecutiva, o tambin se puede tomar como referencia el numero de rea de la planta o proceso, en este caso para el proceso bacterinas, la numeracin de los instrumentos se realiza utilizando el numero del equipo donde esta instalado el instrumento, es decir, si el equipo es identificado con TI (Tanque de Inactivacin), entonces la identificacin con la que se representa el sensor de temperatura instalado en este tanque es TE-TI, el controlador de temperatura es identificado como TIC-TI etc., donde la identificacin TI corresponde al nombre del tanque TI. Para el caso de los instrumentos instalados en el Bio - Reactor, el sensor de temperatura queda identificado como TE-BR, de acuerdo a lo explicado anteriormente. En las tablas 2.3 y 2.4 se ilustran los criterios de simbologa para instrumentos del proceso bacterinas que corresponde a las figura 2.1, 2.2 y 2.3 en este caso los 38


nmeros de identificacin que tienen los instrumentos como sufijo se relaciona al numero del tanque que en este caso es TI.Tabla 2.3. Criterios de simbologa para instrumentos del proceso bacterinas.

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Tabla 2.4. Criterios de simbologa para Controladores, Indicadores, Registradores y Alarmas del proceso bacterinas.

Nota de tablas 2.3. y 2.4. Algunos de estos smbolos no son utilizados en el DTI del proceso bacterinas como son los LSL, ZSL, FAL, ST, etc., pero quedan reservados para una futura expansin, es decir cada instrumento que se agregue posteriormente se deber considerar este criterio. 2. En base al criterio de simbologa de las tablas 2.3 y 2.4, se agregan los smbolos de instrumentos a las figura 2.1, 2.2. y 2.3 correspondientes al proceso bacterinas obteniendo las figuras 2.4, 2.5 y 2.6. En las figuras 2.4, 2.5 y 2.6 se observan los Diagramas de Tuberas e Instrumentos donde estn representados simblicamente los instrumentos del proceso bacterinas. Adems en la figura 2.4 se observa una proyeccin de un instrumento identificado como OIT-TI con la finalidad de ejemplificar el significado de cada letra de acuerdo a la normatividad ISA S5.184 (R 1992) indicada en el anexo A.

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Figura 2.4. DTI del Cuarto Estufa del proceso bacterinas.

El DTI de la figura 2.4 contiene lo siguiente: a. Un lazo de control de temperatura que contiene un sensor de temperatura con la identificacin TE-CE, un control en PLC indicado en pantalla TIC-CE, una resistencia elctrica TX-CE para el calentamiento del ambiente dentro del Cuarto Estufa y un ventilador para homogenizar la temperatura dentro del Cuarto Estufa identificada como TU-CE. b. Un lazo de control de oxigeno que esta compuesto por un sensor de oxigeno OE-CE con su transmisor indicador OIT, el cual enva seal de 4-20 mA a un control en PLC (visualizado en pantalla) OIC-CE y tres vlvulas de control Todo Nada para suministrar Oxigeno VSO-CE, Aire VSA-CE y Nitrgeno VSN-CE respectivamente. c. Etiquetas de identificacin de tubera y etiquetas de identificacin. d. Vlvulas TodoNada identificadas como VSO-CE, VSA-CE y VSN-CE. 41


Figura 2.5. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Bio Reactor del proceso bacterinas.

El DTI de la figura 2.5 contiene lo siguiente: a. Un lazo de control de temperatura con lo siguiente: Un sensor de temperatura con la identificacin TE-BR, un control en PLC indicado en pantalla TIC-BR y una vlvula de suministro de vapor VST-BR. b. Un lazo de control de oxigeno que est compuesto por un sensor de oxigeno OE-BR con su transmisor indicador OIT-BR, el cual enva seal de 4-20 mA a un control en PLC (visualizado en pantalla) OIC-BR y tres vlvulas de control Todo Nada para suministrar Oxigeno VSO-BR, Aire VSA-BR y Nitrgeno VSN-BR respectivamente. c. Un Lazo control con doble sensor, uno de PH y otro de conductividad identificado como AE/CE BR. d. Etiquetas de identificacin de tubera, etiquetas de identificacin de suministro de vapor y drene de condensados. e. Vlvulas TodoNada identificadas como VSO-BR, VSA-BR y VSN-BR. 42


Figura 2.6. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas.

El DTI de la figura 2.6 contiene lo siguiente: a. Un lazo de control de temperatura que est representado por un sensor de temperatura con la identificacin TE-TI, un control en PLC indicado en pantalla TIC-TI, una vlvula de suministro de vapor limpio V1-TI y una vlvula de suministro de vapor industrial V2-TI. b. Un lazo de control de presin, el cual lo conforman el transmisor de presin PT-TI, el control de presin en PLC (visualizado en pantalla) PIC-TI y la vlvula de control Todo Nada para flujo de vapor limpio V1-TI. c. Una bomba de descarga del tanque TI identificada como B1.

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d. Vlvulas TodoNada identificadas como V3-TI, V4-TI, V5-TI, V6-TI, V7-TI y V8_TI, para las diferentes alineaciones requeridas del proceso. e. Un regulador de presin con filtro y manmetro.f.

Etiquetas de identificacin de tubera, etiquetas de identificacin de suministro de vapor y drene de condensados.

2.2.5 Cdigo de colores para el DTI. El cdigo de colores de un DTI se utiliza para indicar si las tuberas de proceso, equipos e instrumentos son nuevos, existentes o que si se va a modificar su instalacin. Estos colores solo se utilizan durante la obra mecnica, elctrica y de automatizacin de un proyecto industrial, una vez que el proyecto termina satisfactoriamente el DTI debe quedar en un solo color, para este caso pueden ser lneas negras. Las consideraciones a seguir para definir un cdigo de colores para el DTI del proceso bacterinas son las siguientes: 1. Definir un color para equipo existente como tanques, bombas e instrumentos. 2. Definir un color para modificacin de equipo existente. 3. Definir un color para equipo nuevo. 4. Definir un color para tuberas y accesorios existentes. 5. Definir un color para tuberas y accesorios nuevos. La normatividad para el cdigo de colores se realiza manera conjunta con el personal de ingeniera de la planta BOEHRINGUER INGELHEIM con la finalidad de tener una fcil interpretacin de los planos durante la ejecucin del proyecto. Este cdigo tambin puede ser aplicado a otros planos de la ingeniera bsica y de detalle de otros proyectos. En la tabla 2.5 se muestra el cdigo de colores para el DTI del proceso bacterinas.

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Tabla 2.5. Cdigo de colores del DTI del proceso bacterinas.

En las figuras 2.7, 2.8 y 2.9 se puede interpretar fcilmente el status de cada uno de los equipos, tuberas e instrumentos de acuerdo a su color, por ejemplo, se puede observar que el Spinner de la figura 2.7 y el Bio - Reactor BR de la figura 2.8, son equipos que tuvieron una modificacin, esto se puede notar por el color mbar (color 40), ya que en ste caso los equipos mencionados fueron reubicados de un proceso diferente a el rea del proceso bacterinas. El tanque TI mostrado en la figura 2.9 es un equipo nuevo, debido a que es de color rojo (color10).

Figura 2.7. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Cuarto Estufa del proceso bacterinas con colores.

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Figura 2.8. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Bio- Reactor del proceso bacterinas con colores.

Figura 2.9. Diagrama de Tuberas e Instrumentacin del Tanque de Inactivacin del proceso bacterinas con colores.

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2.3 Filosofa de control.Se entiende por filosofa de control a una secuencia de operacin detallada o receta de fabricacin donde estn escritos paso a paso los procedimientos que debe seguir un proceso. En este documento se define claramente la operacin de todos los instrumentos de medicin y control que intervienen en el proceso, as como tambin las alarmas y los puntos de ajuste para el control de las variables de proceso, arranque y paro de bombas, aperturas y cierre de vlvulas, etc. La filosofa de control se genera tomando como base el DTI (Diagrama de Tuberas e Instrumentacin) mostrado en las figuras 2.7, 2.8 y 2.9. La filosofa de control se desarrolla para la programacin del PLC, tambin es utilizada para la realizacin de los manuales de operacin o recetas. Adems puede ser consultada por el personal de mantenimiento para diagnsticos, por el personal de ingeniera para las mejoras al proceso y para la capacitacin de los operadores que queden asignados en el rea de proceso. La filosofa de control forma parte de la informacin de ingeniera bsica para la automatizacin de uno o varios procesos industriales. Antes de iniciar con la programacin del PLC para este proyecto, la filosofa de control debe quedar totalmente terminada. Para la realizacin de una filosofa de control participan las personas que conozcan a detalle el proceso (en este caso se involucr al personal de ingeniera y produccin de la planta BOEHRINGER INGELHEIM), tambin se involucra a las personas que se encargan de la integracin del proyecto de automatizacin de dicho proceso. 1. Requisitos preliminares para la elaboracin de la filosofa de control del proceso bacterinas: a. El Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (figuras 2.7, 2.8 y 2.9) debe estar lo mas completo posible para que en base a ste se realice la filosofa de control. 47


b. Trabajar de manera coordinada con el personal especializado en el proceso bacterinas, para que dicho personal sea quien determine los requerimientos de operacin de los instrumentos que se utilizarn para la automatizacin y determine todos los procedimientos de fabricacin (en este caso se involucra al personal de ingeniera y de produccin de la planta BOEHRINGER INGELHEIM).

c. Definir el tipo de programacin a utilizar para que en base a sta se realice el tipo de secuencia adecuada para este fin, es decir, que se puede elegir la programacin de listado de instrucciones, diagrama de bloques o lgica de escalera para que la filosofa de control pueda ser orientada a cualquiera de estas formas de programar. En este caso se programa por listado de instrucciones y lenguaje de escalera. d. Utilizar colores para marcar los textos que deban ser comentados.

e. Tener bien conceptuado el proceso a automatizar para que haya cambios mnimos al momento de elaborar la filosofa de control. 2. Estructura de la filosofa de control. La estructura debe estar elaborada de tal forma que cubra la totalidad del proceso que se va a automatizar, dicha estructura puede ser secuencial o de forma independiente para cada equipo o rea de proceso y debe contar con fases y estas a su vez con sub - fases o pasos. A continuacin se muestra un ejemplo de la forma de estructurar la filosofa de control:

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Con base en el ejemplo anterior se observa lo siguiente: a: Es la FASE, que es en este caso esta identificada con letras (A.N). b: Es una breve descripcin que se le escribe a cada fase para recodar a que se refiere. c: Es la sub fase, donde se escriben las acciones o condiciones que se deben cumplir. Los textos se pueden marcar con colores, que tendrn un significado como por ejemplo:

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La filosofa de control debe tener una hoja de presentacin como la que se muestra en la figura 2.10, la cual debe contener el titulo y nombre del proyecto, los autores de dicho documento y los objetivos a alcanzar.

Figura 2.10. Hoja de presentacin de la filosofa de control del proceso bacterinas.

3. Filosofa de control del proceso bacterinas. En la tabla 2.6 se describen cada uno de los elementos identificados que sern mencionados en la filosofa de control, y en los diferentes documentos de la informacin de ingeniera bsica e ingeniera de detalle generada en este proyecto. Tambin estas identificaciones son consideradas en la programacin del PLC y la configuracin de las pantallas SCADA, de esta forma se logra mantener homogenizada la identificacin de elementos (instrumentos de campo, cables de seal, seales digitales, seales analgicas, etc.). Algunos de estos smbolos son extrados del Diagrama de Tuberas e instrumentos que estn ilustrados en las figuras 2.7, 2.8, y 2.9, que corresponden precisamente a los instrumentos del proyecto. 50


Tabla 2.6. Identificacin de elementos para la filosofa de control.

A continuacin se describe la filosofa de control para el proceso bacterinas, respetando la identificacin de la tabla 2.6: FASE PRIMERA CONTROL DE TEMPERATURA EN EL CUARTO ESTUFA: A1 Definir el valor del punto de consigna para el control de temperatura del Cuarto A3 Si: 51 Estufa en pantalla SCADA.

A2 Arrancar el ventilador del Cuarto Estufa TU-CE.


La temperatura del cuarto estufa TE-CE es menor que el punto de consigna del control de temperatura del Cuarto Estufa (SP-CTCE -0.5). Entonces: Encender la resistencia trmica de Cuarto Estufa TX-CE A4 Si: La temperatura del Cuarto Estufa TE-CE es mayor que el Punto de consigna del control de temperatura del Cuarto Estufa (SP-CTCE +0.5). Entonces: Apagar la resistencia trmica del Cuarto Estufa TX-CE FASE SEGUNDA. CONTROL DE OXGENO EN CUARTO ESTUFA: B1 Si: Se selecciona operacin Automtica. Entonces: Ir a B3. B2 Si: Se selecciona operacin Manual. Entonces: Ir a B9. B3 Si: Si el valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno en Cuarto Estufa) es menor o igual que 39%. Entonces: Abrir la vlvula solenoide de oxgeno en Cuarto Estufa VSO-CE. B4 Si: El valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno en Cuarto Estufa) es mayor que 39%. Entonces: Cerrar la vlvula solenoide de oxigeno de Cuarto Estufa VSO-CE. B5 Si: 52


El valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno en Cuarto Estufa) es mayor que 40%. Entonces: Abrir la vlvula solenoide de aire de Cuarto Estufa VSA-CE. B6 Si: El valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno de Cuarto Estufa) es mayor que 80%. Entonces: Cierra la vlvula solenoide de aire de Cuarto Estufa VSA-CE. B7 Si: El valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno en Cuarto Estufa) es mayor o igual que 80%. Entonces: Abrir la vlvula solenoide de nitrgeno de Cuarto Estufa VSN-CE. B8 Si: El valor de la variable OT-CE (porcentaje de oxigeno en Cuarto Estufa) es mayor que 80%. Entonces: Cierra la vlvula solenoide de aire de Cuarto Estufa VSA-CE. B9 OPERACIN MANUAL DE VALVULAS DEL CUARTO ESTUFA. o Si: Se oprime el botn de apertura manual M-VSOCE. Entonces: Abrir vlvula solen

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