APLICACIÓN DE CONTROL MULTIVARIABLE EN APLICACIÓN DE CONTROL MULTIVARIABLE EN HORNO FLASH HORNO FLASH

FUNDICIÓN FUNDICIÓN ‐ ‐ CODELCO NORTE CODELCO NORTE

MALLÉN GAJARDO MÉNDEZ MALLÉN GAJARDO MÉNDEZ CODELCO CHILE CODELCO CHILE

CONTEXTUALIZACIÓN APLICACIÓN EN HORNO FLASH COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 

INDICE INDICE

El Departamento de Proyectos Automatización (DPA) es un área perteneciente a la Vicepresidencia  Corporativa  de  Servicios  Compartidos,  específicamente  a  la Gerencia Corporativa TICA. 

Dentro de sus funciones están: •  Incorporar tecnologías de  automatización a los procesos claves de CODELCO. •  Desarrollar  marco  normativo  y  estratégico  en  materias  de  automatización,  con alcance corporativo. 

•  Proveer Servicios de soporte, administración, desarrollo en Plataforma PI System y otras como Control Avanzado de procesos. 

Se  estructura  como  Departamento,  con  alcance  corporativo,  destinado  a materializar  sinergias,  desarrollar  proyectos  transversales,  sistematizar  buenas prácticas e integrar el conocimiento disperso (estándares). 

CONTEXTUALIZACIÓN CONTEXTUALIZACIÓN 

Dentro  de  las  mencionadas  responsabilidades  del  DPA se  ha  definido  como  una actividad  relevante  impulsar  el  desarrollo  e  implementación  de  tecnologías  de Control Avanzado en la Corporación, y mediante esto agregar valor a los procesos de CODELCO.

Tecnología basada en modelar el proceso para predecir la  respuesta  futura  de  la  Variable  Controlada,  para “movimientos”  de variables manipuladas. 

–  Obtenido desde pruebas de planta y/o data histórica 

CONCEPTOS GENERALES MPC CONCEPTOS GENERALES MPC 

Modelo Proceso 

Valores Pasados y Presentes  Valores Futuros (Predicción)

PV 

ahora 

Violación de restricción (predicha) Restricción 

Futuro à ß Pasado 

Trayectoria Actual de la Variable (Control MPC) 

CONTROL DE RESTRICCIONES Y CONTROL DE RESTRICCIONES Y OPTIMIZACIÓN OPTIMIZACIÓN 

MPC reduce la variabilidad 

SP (nuevo) 

El Optimizador mueve el SP 

Beneficios por cambio de SP 

SP (antiguo) 

Restricción 

PV

CPS  CPS 

HORNO FLASH 

CPS CPS 

P.E 

CT 2 

Caldera 

PLANTAS DE OXÍGENO 

SECADOR 4 

SECADOR 5 

HELE 

PPEE 

PLANTAS DE ACIDO Plantas de Limpieza 

Cámara de Mezcla 

Planta de Tratamiento de As 

HORNOS DE ANODOS 

RUEDAS DE MOLDEO 

HTE (2) 

1 3 4 

P.E. TOLVAS DE  CONCENTRADO 

Gases Fug. HF 

Planta Granallado de Escoria 

CAMAS DE CONCENTRADO 

CT­1 

APLICACIÓN EN HORNO FLASH APLICACIÓN EN HORNO FLASH FUNDICIÓN DE CONCENTRADOS FUNDICIÓN DE CONCENTRADOS ‐ ‐ CODELCO NORTE CODELCO NORTE

ESQUEMA GRÁFICO DEL HORNO FLASH ESQUEMA GRÁFICO DEL HORNO FLASH 

ALIMENTACIÓN 

CONCENTRADO FUNDENTE 

POLVO RECIRCULADO AIRE OXIGENO CARGA FRIA 

BORRAS 

PRODUCTOS 

EJE ESCORIA 

POLVO METALURGICO GASES 

Oxidación de Carga: • Calcopirita : CuFeS 2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + Cu 2 S(l) + SO 2 (g) 

• Pirita :          FeS 2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + SO 2 (g) 

• Bornita :       Cu 5 FeS 2 (s) + O 2 (g) ==> FeS(l) + Cu 2 S(l) + SO 2 (g) 

Formación de Magnetita: 

• FeS(l) + O 2 (g) ==> FeO(l) + SO 2 (g) 

• FeO(l) + O 2 (g) ==> Fe 3 O 4 (l) 

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

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

•  La variabilidad de la temperatura es alta. •  La composición del concentrado de cobre es variable. •  No  se  cuenta  con  análisis  en  línea  de  los  líquidos calientes. 

•  Un proceso altamente inercial y muy interactivo. •  Mediciones de temperatura discontinuas. •  Dinámicas muy complejas 

POR QUE POR QUE

El DPA configuró un equipo de trabajo en el que interactuaron profesionales  de  diferentes  áreas,  a  saber  metalurgístas Horno  Flash,  profesionales  equipo  PI  System,  profesionales seguridad  informática  TICA,  profesionales  DPA  y profesionales empresa Invensys Systems. 

Este proyecto consideró el desarrollo de la aplicación sobre la plataforma Connoisseur (Invensys). 

ALGUNAS DEFINICIONES ALGUNAS DEFINICIONES 

Las  fuentes  de  beneficios  que  se  definieron  para  este  caso, fueron: 

§  Aumento de disponibilidad. §  Ahorro en costos (insumos y mantenimiento).

ETAPAS DEL PROYECTO ETAPAS DEL PROYECTO 

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

►  Implementación en planta ►  Ajustes finales ►  Entrega a Operaciones 

ENTREGA 

►  Documentación Técnica de Planta ►  Entrevistas técnicas ►  Análisis de data histórica 

CONOCIMIENTO PROCESO

DESARROLLO

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

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

IP1 

OP1 

OP3 

OP2 

IP2 

IP4 

IP3 

IP5 

VARIABLES DEL MODELO HORNO FLASH VARIABLES DEL MODELO HORNO FLASH

PI SYSTEM

SERVIDOR FUCO

PI SYSTEM

(SERVIDOR APLICACIÓN)

165.182.107.38

PC CNSR

165.182.107.36

SWITCH

ETHERNET L2

PLC AB

CONSOLAS DE OPERACIÓN

(BAILEY)

TERRENO TERRENO

PLC AB

PC OPC

165.182.107.37 

SALA DE CONTROL 

SALA ELECTRICA 2 

SALA DE INGENIERIA 

SALA DE GABINETES SALA DE SWITCHES 

ARQUITECTURA IMPLEMENTADA ARQUITECTURA IMPLEMENTADA

PANTALLA DE OPERACIÓN PANTALLA DE OPERACIÓN

MAYOR DISPONIBILIDAD 

AHORRO EN MANTENCIÓN 

Estabilizar  el  control  de Temperatura de Eje del Horno. 

Estabilizar  el  porcentaje  de magnetita en escoria del Horno. 

Estabilizar  el  porcentaje  de Cobre en Eje del Horno. 

MAYOR EFICIENCIA EN PROCESOS “ AGUAS ABAJO” . 

35% 

41% 

Mayo de 2009 

20% 

36% 

09 de 2008 11 de 2008 

70% 

Mayo de 2009 

23% 

09 de 2008 11 de 2008 

RESULTADOS OBTENIDOS RESULTADOS OBTENIDOS

Es  importante  tener  claro  que  la  aplicación de Control Avanzado que  se implementó  en  el  Horno  Flash,  fue  diseñada  para  controlar  en  forma estable  y  predictiva  el  proceso.  Esto  significa  que  el  modelo  tomará acciones  para  disminuir  al  máximo  las  variaciones  de  sus  variables principales y para actuar anticipadamente y no reactivamente. 

Para  controlar  en  forma  estable  y  óptima  el  proceso,  la  aplicación  de Control Avanzado considera diferentes variables en sus cálculos, para así tomar la mejor decisión y generar los mejores Setpoints a enviar al sistema de control. 

El  Control  Avanzado  toma  acciones  “suaves”,  por  ello  las  acciones pudiesen parecer lentas al ojo humano, pero está observando un horizonte de control futuro. 

COMENTARIOS COMENTARIOS

1.  El Recurso Humano es un factor fundamental en este tipo de proyectos y su buen  manejo  es  relevante.  Por  ello  es  que  se  consideraron  diversas actividades para manejarlo adecuadamente, estas apuntaron principalmente a  sensibilizar  a  las  personas  y  a  generarles  competencias  técnicas necesarias.  Se capacitó a 60 personas, en diferentes niveles  (operadores, mantenedores, metalurgístas). 

2.  No son desarrollos simples.  Requieren gran experiencia y conocimiento de los integrantes del equipo de trabajo. 

3.  Es  fundamental  la  participación  dedicada  de  profesionales  de  metalurgia, operaciones y de instrumentación de la Planta.  Además, un alto compromiso de la Planta en el desarrollo de actividades involucradas. 

4.  Hay  temas  relevantes como  la calidad y disponibilidad de  las mediciones y Control Tradicional. 

5.  El modelo desarrollado, es un desarrollo particular de la situación del Horno Flash de Codelco Norte. 

6.  La sustentabilidad, en el tiempo, de la aplicación es fundamental. 

CONCLUSIONES CONCLUSIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN GRACIAS POR SU ATENCIÓN