Esquema de control mediante PLC para la operación en paralelo de dos compresores de gas a presión con control por variador de frecuencia, destinados a suministrar gas a la tubería principal.

Descripción general del sistema

En los sistemas industriales de transporte de gas, el uso de dos compresores de gas con control por variador de frecuencia, operando en paralelo para alimentar la tubería principal, permite mejorar de manera eficaz la estabilidad del suministro y la capacidad de redundancia del sistema. Mediante el control centralizado a través de un controlador lógico programable (PLC), no solo se logra una regulación precisa de la presión, sino que también se optimiza la eficiencia operativa del equipo y se reduce el consumo energético.

Configuración de hardware y arquitectura del sistema

La construcción de una arquitectura de control estable y fiable constituye la base para lograr la operación en paralelo. El sistema incluye principalmente los siguientes componentes clave:

• Controlador PLC:Como núcleo de control del sistema en su conjunto, se encarga de la adquisición de datos, el procesamiento lógico y la emisión de órdenes.
• Convertidor de frecuencia:Los motores que accionan respectivamente dos compresores de gas se alimentan con la señal de consigna de frecuencia procedente del PLC, lo que permite un control continuo y sin escalones de la velocidad de rotación del motor.
• Red de sensores:Incluye el transmisor de presión de la tubería principal, los sensores de presión y temperatura en las entradas y salidas de cada compresor, el medidor de caudal y el dispositivo de retroalimentación del estado de funcionamiento del motor.
• Órgano ejecutivo:Como las válvulas eléctricas de entrada y salida, las válvulas de purga, entre otras, se utilizan en conjunto con el compresor para realizar las operaciones de arranque y parada, así como los cambios de modo de funcionamiento.

Estrategia de control para la operación en paralelo

Cuando dos compresores de presión funcionan en paralelo, el principal desafío consiste en coordinar la capacidad de salida de ambos equipos para evitar una distribución desigual de la carga. Por lo general, se recurre a…Control maestro-esclavoO bienControl de equilibrio de cargaEstrategia.

• Modo de control maestro‑esclavo:Se configura una de las unidades como maestra y la otra como esclava. La unidad maestra se encarga de realizar el control PID en función del valor de consigna de presión de la tubería principal y de generar una señal de frecuencia; por su parte, la unidad esclava sigue de forma sincronizada la frecuencia de operación o la corriente de la unidad maestra, manteniendo así la misma potencia de salida en ambas.
• Modo de balanceo de carga:El PLC recopila en tiempo real la corriente de operación o la potencia de dos compresores de presión y, mediante un algoritmo interno, ajusta dinámicamente las frecuencias de referencia de los dos variadores de frecuencia, garantizando que la tasa de carga de ambos equipos sea prácticamente igual y, de este modo, prolongando la vida útil de los equipos.

Control de frecuencia y regulación por lazo cerrado de presión

El objetivo central de la alimentación de gas a la tubería principal es mantener la estabilidad de la presión en la red. El PLC logra este objetivo mediante un control en lazo cerrado de presión:

• Adquisición y procesamiento de señales:El transmisor de presión de la tubería principal convierte la señal de presión en tiempo real en una señal analógica o digital estándar y la envía al PLC.
• Operación PID:El bloque de función PID integrado en el PLC compara el valor real de presión con el valor objetivo de presión establecido por el proceso, calcula la desviación y realiza cálculos de proporcional, integral y derivativo, obteniendo así la variación de frecuencia.
• Emisión y ejecución de la frecuencia:El PLC envía la consigna de frecuencia calculada al variador de frecuencia. Cuando la presión en la red es baja, se aumenta la frecuencia de salida del variador, lo que eleva la velocidad de giro y el caudal de la bomba de compresión; cuando la presión es alta, se reduce la frecuencia, disminuyendo así el caudal de suministro de aire.

Protección de seguridad y mecanismos de interbloqueo

El gas es un medio peligroso, inflamable y explosivo; por ello, las interbloqueos de seguridad en la operación en paralelo de los compresores resultan de vital importancia. El PLC debe contar con una lógica de protección completa:

• Control de antiestallido:Cuando las condiciones de operación del compresor se acercan a la zona de surgen, el PLC abre rápidamente la válvula de alivio contra el surgen o la válvula de retorno, aumentando el caudal de entrada y garantizando la operación segura del equipo.
• Protección contra sobrepresión y baja presión:Cuando la presión en la tubería principal supera el límite de seguridad, el PLC reduce automáticamente la frecuencia del variador de frecuencia e incluso detiene la operación; cuando la presión cae por debajo del umbral inferior, se activa una alarma y se pone en marcha el equipo de reserva.
• Conmutación automática de fallos:Si la compresora principal en funcionamiento presenta una falla grave, el PLC desconectará de inmediato la unidad averiada y arrancará automáticamente de manera suave la compresora de reserva, garantizando que el suministro de gas en la tubería principal no se interrumpa.
• Interbloqueo de la secuencia de arranque y parada:Se debe realizar el control siguiendo estrictamente la secuencia de seguridad del proceso, garantizando la correcta lógica de funcionamiento entre las válvulas y los motores.

Sugerencias de depuración y optimización

En la aplicación práctica de proyectos, es necesario realizar una puesta en servicio rigurosa antes de la puesta en marcha del sistema. En primer lugar, se llevan a cabo pruebas en vacío y con carga de cada equipo individual, verificando que los parámetros del variador de frecuencia y el sentido de giro del motor sean correctos. En segundo lugar, durante la operación en paralelo, es preciso ajustar cuidadosamente los parámetros PID para evitar oscilaciones de presión en el sistema. Por último, mediante la simulación de diversos escenarios de fallos, se verifica la precisión y la velocidad de respuesta de la lógica de interbloqueo del PLC, garantizando así el funcionamiento seguro, eficiente y estable de todo el sistema de transporte de gas.