There are moments when while meditating in the silence of my room, fantastic projects and designs come to my mind, then, as if in my mind there was a workshop I enter to organize the ideas, design and develop what I thought, what components to use, what program to use, how to interconnect things until everything begins to operate at 100%.
After it has been created and is operational in the workshop of my mind comes the phase of making it possible in the real world (not that my mind is unreal), in that place where others can see materialized what started in the workshop of my mind.
This is how I have been working for days in the workshop of my mind, trying to carry out an idea that came to visit me, it is to simulate with electronic components a control and monitoring system using only the tools provided by the simulators.
This is a much more complete project to those we are usually used to see in the blog, of course it can also present a higher level of complexity. But don't worry, there is always a way to simplify complex things.
That is why I will present it in several stages, that is, several articles that complement each other but do not overload the reader with a single extensive and complex reading, this is the first of possibly 4 articles, yes, a series, and the best way to start is to establish the basic fundamentals that will facilitate the understanding of subsequent articles.
Hay momentos en los que mientras medito en el silencio de mi habitaci贸n vienen a mi mente proyectos y dise帽os fant谩sticos, entonces, como si en mi mente hubiera un taller entro a organizar las ideas, dise帽ar y desarrollar lo pensado, que componentes usar, que programa realizar, como interconectar cosas hasta que todo comienza a operar al 100%.
Luego que ha sido creado y est谩 operativo en el taller de mi mente viene la fase de hacerlo posible en el mundo real (no es que mi mente sea irreal), en ese lugar donde otros pueden ver materializado lo que inici贸 en el taller de mi mente.
Es as铆 como llevo d铆as trabajando en el taller de mi mente, intentando llevar a cabo una idea que vino a visitarme, se trata de simular con componentes electr贸nicos un sistema de control y monitoreo usando 煤nicamente las herramientas que nos brindan los simuladores.
Este es un proyecto mucho m谩s completo a los que generalmente estamos acostumbrados a ver en el blog, por supuesto tambi茅n puede presentar un mayor nivel de complejidad. Pero no te preocupes, siempre hay una forma de simplificar las cosas complejas.
Es por eso que lo presentar茅 en varias etapas, esto es, varios art铆culos que se complementan entre s铆 pero que no sobrecargan al lector con una sola lectura extensa y compleja, este es el primero de posiblemente 4 art铆culos, s铆, una serie, y la mejor forma de iniciar es estableciendo los fundamentos b谩sicos que nos faciliten la comprensi贸n de los art铆culos posteriores.
Previously we have seen some concepts and examples of control and monitoring but this time we will go a little deeper into the subject, for this we will first consider two types of control:
Open loop control: it is when the control action is applied without verifying the result, it is assumed that the action was carried out and the result is always satisfactory, we have done it many times when we send a command to turn on a led, motor or any output from the microcontroller and simultaneously activate an indicator that it is done. The problem with this type of control is that if there is a fault there will be no way for the system to detect it.
Closed loop control: For this case when sending an order to a device, when the order is executed this device returns a signal to the microcontroller indicating that the desired action has been executed, if the activation signal is sent but the activated signal is not received it can be interpreted that there was an error and can proceed to corrections.
Anteriormente hemos visto algunos conceptos y ejemplos de control y monitoreo pero esta vez vamos a ir un poco m谩s profundo en el tema, para ello primeramente vamos a considerar dos tipos de control:
- Control de lazo abierto: Es cuando se aplica la acci贸n de control sin verificar el resultado, se asume que la acci贸n se llev贸 a cabo y el resultado siempre es satisfactorio, lo hemos hecho muchas veces cuando enviamos un comando para encender un led, motor o cualquier salida desde el microcontrolador y simult谩neamente activamos un indicador de que est谩 hecho. El problema con este tipo de control es que si existe una falla no habr谩 forma de que el sistema la detecte.
- Control de lazo cerrado: Para este caso al enviar una orden a un dispositivo, cuando se ejecuta la orden este dispositivo regresa una se帽al al microcontrolador indicativa de que se ha ejecutado la acci贸n deseada, si se env铆a la se帽al de activaci贸n pero no se recibe la se帽al de activado se puede interpretar que hubo un error y se puede proceder a las correcciones.
Now let's move on to action, we are in a thermo-electric generation plant in which the fuel for the turbomachines is gas, there is a main pipeline through which all the fuel gas arrives at the plant and then there are the processing stages until it is suitable for consumption by the turbomachines.
From all this we will ignore the turbomachines and gas processing stages and we will focus on the inlet pipeline, if a problem occurs in the plant and we want to stop all processes the correct way would be to cut the main supply and that is only possible if we place a valve in that inlet pipeline.
This valve is usually called SDV, Shut Down Valve and it acts in any emergency to stop the process.
Ahora pasemos a la acci贸n, estamos en una planta de generaci贸n termo-el茅ctrica en la que el combustible de las turbom谩quinas es g谩s, existe un gasoducto principal por el que llega todo el gas combustible a la planta y luego est谩n las etapas de procesamiento hasta hacerlo apto para el consumo de las turbom谩quinas.
De todo esto vamos a ignorar a las turbom谩quinas y etapas de procesamiento del gas y nos centraremos en el gasoducto de entrada, si ocurre un problema en la planta y queremos detener todos los procesos la forma correcta ser铆a cortando el suministro principal y eso solo es posible si colocamos una v谩lvula en ese gasoducto de entrada.
Esta v谩lvula suele llamarse SDV, Shut Down Valve y act煤a ante cualquier emergencia para detener el proceso.
The valve is pneumatic action, this implies that the energy that moves the valve is of this type, it means that there must be a source of compressed air at a certain pressure and the only thing that prevents it from reaching the valve chamber to operate it is a solenoid valve.
The solenoid valve is a valve that operates by means of an electrical signal and through it we can decide when the compressed air will pass to the SDV valve and when it will cut the supply and consequently that signal will serve to carry out the emergency stop.
Now that we are in context let's think about how to design a control and monitoring system for this SDV valve, its actuation is decided by an output signal to the associated solenoid valve.
An operator is 400 meters away from this valve watching the whole process on a PC and from that PC he must see the status of the valve and must be able to send opening and closing commands.
La v谩lvula es de acci贸n neum谩tica, esto implica que la energ铆a que mueve la v谩lvula es de este tipo, significa que debe haber una fuente e aire comprimido a cierta presi贸n y lo 煤nico que impide que llegue a la c谩mara de la v谩lvula para accionarla es una v谩lvula solenoide.
La v谩lvula solenoide es una v谩lvula que acciona por medio de una se帽al el茅ctrica y mediante ella podemos decidir cu谩ndo pasar谩 el aire comprimido a la v谩lvula SDV y cuando cortar谩 el suministro y en consecuencia esa se帽al servir谩 para llevar a cabo la parada de emergencia.
Ahora que estamos en contexto pensemos en c贸mo dise帽ar un sistema de control y monitoreo para esta v谩lvula SDV, su accionamiento se decide por una se帽al de salida hacia la v谩lvula solenoide asociada.
Un operador est谩 a 400 metros de dicha v谩lvula mirando todo el proceso en un PC y desde ese PC debe ver el estado de la v谩lvula adem谩s debe ser capaz de enviarle comandos de apertura y cierre.
Now let's consider which control and monitoring system is the most convenient and how to implement it.
We must take into account that an open/close command starts in the PC commanded by an operator, then the PC will send the command to a PLC (Programing Logic Control) and then the signal will travel through cables up to 400 meters away passing through different junction boxes.
An open loop control system would send the closing command to the SDV and assume that the result will be positive so sending the signal will change the status of the valve on the monitoring screen.
But there could be problems in the PLC, in the wiring to the solenoid valve, the solenoid could be damaged, there could be problems in the compressed air supply and even mechanical failures in the SDV among so many failure factors that could prevent the SVD from actuating.
The operator would be looking on his monitor that the valve closed but if this is not true, gas would still be entering the plant, increasing the pressure in the lines and the risk of a potential catastrophe.
Do you realize how dangerous this can be?
A closed loop control system can be implemented by adding two elements to the valve, these elements are called limit switches and are actuated when the valve is fully open or fully closed. Let's look at the SDV from another angle for a moment.
Ahora vamos a considerar cu谩l sistema de control y monitoreo es el m谩s conveniente y c贸mo implementarlo.
Debemos tomar en cuenta que un comando de apertura/cierre inicia en el PC ordenado por un operador, luego el PC enviar谩 el comando a un PLC (Programing Logic Control) y luego la se帽al viajar谩 por cables hasta 400 metros de distancia pasando por diferentes cajas de conexi贸n.
Un sistema de control a lazo abierto enviar铆a el comando de cierre a la SDV y asumir铆a que el resultado ser谩 positivo as铆 que al enviar la se帽al cambiar谩 el estado de la v谩lvula en la pantalla de monitoreo.
Pero pudiese haber problemas en el PLC, en el cableado hasta la v谩lvula solenoide, pudiese estar da帽ada la solenoide, pudiese haber problemas en el suministro de aire comprimido e incluso fallas mec谩nicas en la SDV entre tantos factores de fallas que pudiesen impedir que la SVD act煤e.
El operador estar铆a mirando en su monitor que la v谩lvula cerr贸 pero si esto no es cierto seguir铆a entrando g谩s a la planta, aumentando la presi贸n en las l铆neas y el riesgo de una potencial cat谩strofe.
驴Te das cuenta lo peligroso que puede ser?
Un sistema de control a lazo cerrado se puede implementar a帽adiendo dos elementos a la v谩lvula, estos elementos se llaman switches de fin de carrera o Limit Switchs y se accionan cuando la v谩lvula est谩 completamente abierta o completamente cerrada. Miremos la SDV desde otro 谩ngulo por un momento.
In the image we can see that the electrical conduit is divided into two lines, one that I have marked with orange arrows is the actuation signal, it is the one sent by the operator to actuate the valve.
The other line identified with the yellow arrow contains two return signals, these signals correspond to two switches that are each actuated when the valve has finished its travel in one direction which serves as an indication that it has opened, closed or is in transition, the combination of both signals is interpreted as follows:
If switch A closes when the valve is closed and switch B closes when the valve is open then.
When a transition is initiated in the valve the system must start a timer and if after a certain time considered sufficient for the execution of the action the state is still in the transition condition it must be interpreted as an error because something obstructs the complete transition.
In this way we could obtain an intrinsically safe control system because even if there are failures in the limit switches the operator will be able to detect it.
Thus concludes the first installment of this series, all images used are of my authorship, correspond to photos that I have captured during my professional services in some projects. Thank you for your reading. I remain attentive to your comments.
En la im谩gen podemos notar que la canalizaci贸n el茅ctrica se divide en dos l铆neas, por una que he marcado con flechas naranjas va la se帽al de accionamiento, es la que env铆a el operador para accionar la v谩lvula.
La otra l铆nea identificada con la flecha amarilla contiene dos se帽ales de retorno, estas se帽ales corresponden a dos switches que se accionan cada uno cuando la v谩lvula ha terminado su recorrido en una direcci贸n lo cual sirve como indicativo de que ha abierto, ha cerrado o est谩 en transici贸n, la combinaci贸n de ambas se帽ales se interpreta como sigue:
Si el interruptor A cierra cuando la v谩lvula est谩 cerrada y el interruptor B se cierra cuando la v谩lvula est谩 abierta entonces.
- A=0 y B=0: Falla en el suministro el茅ctrico, no es posible el monitoreo.
- A=0 y B=1: V谩lvula abierta.
- A=1 y B=0: V谩lvula cerrada.
- A=1 y B=1: V谩lvula en transici贸n (condici贸n temporal).
Cuando se inicia una transici贸n en la v谩lvula el sistema debe iniciar un temporizador y si luego de cierto tiempo considerado suficiente para la ejecuci贸n de la acci贸n el estado sigue en la condici贸n de transici贸n se debe interpretar como un error ya que algo obstruye la transici贸n completa.
De esta forma podr铆amos obtener un sistema de control intr铆nsecamente seguro ya que incluso si hay fallas en los limit switches el operador podr谩 detectarlo.
De esta forma concluye la primera entrega de esta serie, todas las im谩genes usadas son de mi autor铆a, corresponden a fotos que he capturado durante mis servicios profesionales en algunos proyectos. Agradecido por tu lectura Quedo atento a tus comentarios.
