Diseño e implementación de un simulador en tiempo real para el entrenamiento de operarios en el proceso de polimerización de polimetilmetacrilato (PMMA)

Abstract

[ES] El PMMA es un polímero de alto interés industrial. Destaca de otros plásticos transparentes por su capacidad de resistencia al rayado, así como a la radiación ultravioleta, y por su alta transparencia entre otras cualidades. Esto convierte a este polímero en un material muy demandado para aplicaciones como vitrinas, letreros luminosos, fibra óptica, etc.

En la industria, el PMMA es producido mediante reactores que operan en modo discontinuo a una temperatura de 80 ºC. Dicha temperatura, se controla mediante una camisa de refrigeración y mediante la adición de disolventes. El correcto manejo de los diferentes elementos de la instalación es muy importante para mantener al proceso trabajando dentro del rango de seguridad, ya que la reacción de polimerización del PMMA presenta riesgo de auto-aceleración por efecto Trommsdorff-Norrish, lo que puede provocar un descontrol térmico del reactor de polimerización con graves consecuencias para la planta.

Un elemento fundamental para garantizar la seguridad de la planta es el entrenamiento de los operarios. Una herramienta muy útil para llevar a cabo dicho entrenamiento son los simuladores en tiempo real, que facilitan y aceleran la formación de nuevo personal, puesto que, sin este tipo de software, el proceso de capacitación sería mucho más prolongado en el tiempo y más peligroso.

El objetivo de este trabajo es el diseño e implementación de un simulador en tiempo real de la unidad de polimerización de una planta de fabricación de PMMA. El simulador tendrá una arquitectura modular, es decir, las partes del código que simulan partes de la instalación unidas físicamente, compartirán la información de manera similar a como lo harían en la realidad, siendo los datos compartidos entre funciones los datos correspondientes a las corrientes que las conectan, y las funciones, los elementos de la instalación tales como bombas, tanques, caudalímetros, etc.

Tras la generación de dichas funciones y la puesta en funcionamiento del simulador, se realizarán las comprobaciones necesarias para poder asegurar que el programa es capaz de simular todo el sistema en tiempo real. Además, se generarán las interfaces finales en las que tanto el operario como el supervisor introducirán las entradas en las funciones, así como la infraestructura necesaria para llevar a cabo el intercambio de información.

Para conseguir este objetivo, se utiliza el software de programación gráfica LabView® muy utilizado en entornos industriales, aprovechando su interfaz gráfica y el módulo ¿Control & simulation¿, el cual está especialmente diseñado para este tipo de aplicaciones.

En la última fase de desarrollo del programa se creará un archivo ejecutable, el cual irá dentro de un instalador que instale el ejecutable y el LabView run time engine 2020. Este último programa gratuito, permitirá que el ejecutable generado funcione en ordenadores que no tengan instalado LabView®.

Como último paso de este TFG se generará el presupuesto, contabilizando para ello el coste de la creación del simulador, así como su despliegue en la empresa.

[EN] The polymethylmethacrylate (PMMA) is a polymer with a high industrial interest. It has better properties that other polymers, such as resistance to scratching and UV beams and high transparency among others. These characteristics make this polymer a material with high demand in applications as showcases, luminous posters, optical bres etc. In the industry, PMMA is produced with reactors that operate in semi-bacth mode and with a 80 °C. This temperature is controlled by a jacket of refrigeration and working in solution. The correct management of the di erent devices of the installation has a huge importance to keep the process in its safe range, since the PMMA polymerization reaction of polymerization presents thermal run away risk. This e ect can cause a failure of control temperature, with catastrophic consequences to the plant. A important element to guaranty security is the training of operators. Real time simulators are a very useful tool to improve operators training is simulators in real time, since they accelerate and meke easier the formation of new operators. Without this type of simulators, the training process will be longer, riskier and more expensive. The goal of this Final Project is the design and implementation of real time simulator of plant of PMMA. The developed simulator has a modular structure, in where the diferent models represent the real life elements of the plant. First, the individual functions were developed and tested to assure their correct behaviour. Two gra cal interfaces were developed: one for the supervisor and the other for the operator. Finally, the entire simulator was tested to assure that the simulator works correctly in real time. To achieve this objective, the language of programmation used is LabVIEW®, to have their graphical interface and the module Control & simulation , this module is design to be applicated resolving di erential equations and control applications. Finally, this nal project has a budget counting the cost of development of simulator and their deployment in the company.