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Aplicación: Solución de control y supervisión para sus hornos de vidrio

Schneider Electric junto con Saint Gobain Vicasa aportan una solución de control y supervisión para sus hornos de vidrio hueco de Burgos y Portugal

La solución obtiene la máxima disponibilidad mediante la redundancia a todos los niveles de la planta: Red, control y supervisión

Equipamiento Schneider Electric:

Sistema sg2 basado en:

- 1 Modicon Quantum Hot Standby
- 1 Magelis XBTGT
- 4 SCADA Vijeo Citect
- 8 Modicon Premium

Introducción

El Grupo Saint Gobain, presente en 49 países, es uno de los cien primeros grupos industriales del mundo y emplea a más de 180.000 personas. La actividad conjunta del Grupo está organizada en torno a cinco grandes negocios: Vidrio plano, envases de vidrio, productos para la construcción, distribución de materiales y materiales con altas prestaciones.

Los hornos de vidrio tienen una vida útil finita debido a las duras condiciones de trabajo. Es necesaria una reparación periódica para mantener los baremos de calidad, producción y seguridad requeridos por este sector. Al tratarse de una industria de proceso continuo, al detenerse un horno se aprovecha para realizar todas las obras necesarias en los procesos relacionados.

Schneider Electric, especialista global en gestión de la energía, ha participado con una solución para el control y la automatización en la reconstrucción del horno 2 de la fábrica de Burgos destinada a la fabricación de envases de vidrio hueco.

Los subprocesos que hay en una industria de vidrio hueco están separados en:

Composición: se mezclan las materias primas, normalmente arena, sosa, cal y otros en función de la producción (modelo y color). Es aquí donde se añaden también los envases reciclados, reduciendo el consumo del horno.

Horno de Fusión: a una temperatura de 1.500º aproximadamente.

Feeders: A la salida del horno se sitúan unos canales donde se acondiciona el vidrio según el tipo de producción en máquina.

Conformación: El vidrio llega a las máquinas, donde es moldeado de acuerdo a unos determinados procesos de prensado/soplado o soplado/soplado.

Arca de recocido: Los envases se someten a una curva de templado para aumentar su resistencia.

Máquinas de inspección: Los envases defectuosos son rechazados y enviados a la composición.

Expedición: Los productos de calidad son paletizados para su entrega.

El alcance de la aplicación abarca el control y la supervisión de la composición y la zona caliente (horno y feeders).

Solución Schneider Electric

La solución de Schneider Electric implementada para el sistema de control posee una arquitectura de red basada en un anillo de fibra óptica monomodo en Ethernet Modbus TCP/IP, tal como se muestra a continuación:

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Puntos Clave de la solución

Subsistema de control: Redundancia Modicon Quantum Hot Standby

Al tratarse de un proceso continuo (trabaja 24 horas al día todo el año) donde se produce a grandes cadencias de máquina y extracción de horno, uno de los requerimientos del sistema es el de la alta disponibilidad de servicio. Cualquier alteración en el funcionamiento del horno o de los feeders sería crítica. Es por ello que se ha optado por utilizar un controlador Quantum redundante.

Un sistema redundante está formado por una CPU primaria y otra secundaria o en Standby. Al final de cada ciclo de scan, la CPU primaria transfiere todos los datos a la secundaria para que siempre estén sincronizadas y, en caso de fallo del controlador primario, el secundario pueda continuar trabajando sin paso por cero (sin perder el contexto) y sin que se vea afectada la marcha de la instalación.

La arquitectura de E/S distribuidas, basadas en el bus RIO, es doblemente redundante. Los canales están doblados y las tarjetas de control del bus también. Es decir, tanto ante la rotura de uno de los canales físicos como de la tarjeta controladora se dispone de una alternativa para continuar funcionando.

Subsistema de supervisión: Redundancia Vijeo Citect

Con el objetivo de garantizar la máxima disponibilidad de servicio del proceso, se opta por una solución de monitorización de la planta basada en dos servidores configurados en modo redundante de Vijeo Citect.

Los servicios redundantes son alarmas, tendencias/históricos y comunicaciones. Entre ellos se intercambian los datos constantemente. Existe una lectura inteligente del canal y no hay duplicidad de comunicaciones evitando gastar más recursos de los necesarios. Si cada servidor leyera de todos los nodos, doblaría el tráfico en el bus y bajaría el rendimiento de toda la instalación. Sólo comunica aguas abajo el sistema primario.

El nodo cliente sabe en todo momento cuál es el servidor primario y secundario y selecciona los datos del primario. En caso de que caiga el primario, el nodo cliente recoge inmediatamente los datos del secundario, por lo que la supervisión y el control de la planta nunca se pierden.

Otra de las ventajas de trabajar con Vijeo Citect, para industrias con grandes distancias o de difícil acceso es su capacidad de propagar los cambios hechos en el servidor designado como primario a todos los nodos Vijeo Citect asociados, tanto servidores como clientes, sin necesidad de ir estación por estación actualizando las modificaciones.

Por otro lado, Vijeo Citect puede acceder a datos de los controladores mediante OPC o mediante driver nativo (Modbus TCP/IP). Para esta aplicación en concreto, se ha elegido la opción de comunicar en OPC.

La principal ventaja de comunicar con OPC con controladores UNITY es el no alocatamiento de las variables, lo que genera una reducción en el tiempo de diseño. Además, el OPC de Schneider Electric es capaz de optimizar las tramas aumentado el rendimiento de las comunicaciones de la aplicación y, por tanto, la respuesta del sistema, ya que no se le pide al controlador por zonas de memoria, sino por colecciones de objetos.

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Sistema de control integrado sg2

Una de las herramientas decisorias para el éxito del desarrollo de la aplicación ha sido utilizar el sistema de control integrado sg2, que sitúa los sistemas estándar Plc y SCADA al nivel de los sistemas de control híbrido. sg2 proporciona un sistema de control integrado basado en Unity Pro que incluye objetos prediseñados, herramientas para la creación de objetos personalizados, generación automática de código y que permite reutilizar las funciones que han sido desarrolladas con anterioridad.

En concreto, Saint Gobain-Vicasa ha basado todo su desarrollo en las librerías estándar desarrolladas por Schneider Electric, lo que ha hecho innecesario desarrollar nuevos objetos o nuevas librerías para poner en marcha la aplicación.

Se ha utilizado la librería de proceso de sg2, compuesta por los elementos más comunes que se encuentran en cualquier industria de proceso: válvulas, motores, PID, etc.

Con sg2 se ahorra en tiempo y costes y se facilita la puesta en marcha evitando sobresaltos, ya que se trabaja sobre objetos preprogramados. Todos los bloques u objetos están diseñados para obtener un buen rendimiento en comunicaciones y un uso mínimo de tags (variables del sistema).

Ventajas de la Solución Propuesta

La ventaja principal de la solución de Schneider Electric para Saint Gobain es la obtención de la máxima disponibilidad mediante la redundancia a todos los niveles de la planta (Red, Control y Supervisión) para unificarlo todo en una única base de datos mediante la integración de sg2 y la generación de código automático evitando trabajos repetitivos.

Ventajas Observadas

Las ventajas que proporciona la solución son múltiples, pero cabe resaltar una y es la posibilidad de integrar completamente toda la máquina con un único interlocutor, con todas las ventajas que eso conlleva en cuanto a garantía de funcionamiento y sinergía entre todos los elementos que la constituyen. José Gregorio Benito, responsable de ingeniería, comenta: "Son los caminos complejos los que nos permiten evolucionar. Doy gracias por ello a todos los que nos ayudan a caminar".

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