TRANSMISORES INDUSTRIALES

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Objetivos:Al finalizar la sesión, el participante estará en condiciones de identificar y comprender correctamente el funcionamiento, calibración y configuración de los Transmisores Industriales

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Generalidades:

En todo proceso es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera.Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar. Un transmisor recibe la señal del sensor y la transmite hacia una unidad remota.

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Definición

Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, indicador, registrador, controlador o combinación de estos.

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Transmisores Industriales

Tipos

> Transmisores Neumáticos.

> Transmisores Electrónicos.

> Transmisores Inteligentes.

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Transmisores Neumáticos

Su configuración se basa en el sistema tobera obturador.

El movimiento del obturador regula la señal de salida en

función de la señal de entrada

Generan una señal neumática variable

linealmente de 3 a 15 psi.

Para el campo de medida de 0-100% de la variable.

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Sistema Tobera Obturador

Consiste en un tubo neumático alimentado a una presión constante Ps, con un reducción en la salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lámina llamada obturador, de cuya posición depende el elemento de medida.

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Transmisor de Equilibrio de Movimientos

Compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior a la tobera.

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Transmisor de equilibrio de momentos.

El desequilibrio entre estas dos fuerzas da lugar a una variación de posición relativa en la barra, excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia o transformador diferencial. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magnética y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas.

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Transmisión segura en ambientes peligrosos.

Insensible a la contaminación

electromagnética.

Inicialmente menor costo que eléctricas.

Utiliza actuadores neumáticos.

Compresibilidad del aire.

Sensibilidad a las condiciones del aire.

Requiere de un compresor.

Magnitud física: Presión de aireCero vivo: presión mínima 0.2 Kg/cm2.Permite detectar fugas o cortes de la línea.

Mejora la velocidad de transmisión.

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Transmisores Electrónicos

Generan una señal estándar de 4-20 mA

C.C., a ser posible lineal.

A veces sustituida por un voltaje de 1-5 V, si existen problemas de suministro electrónico.

Se asigna a la entrada nula una corriente de 4

mA

Sirve para detectar de este modo cortes de

línea

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Transmisor Electrónico de Equilibrio de Fuerzas

Esta formado por 2 piezas de ferrita, una en la barra y la otra fijada rígidamente en el chasís del transmisor y contiene una bobina conectada a un circuito oscilador. Cuando aumenta o disminuye el entrehierro disminuye o aumenta respectivamente la inductancia de la bobina detectora modulando la señal de salida del oscilador.

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Transmisor Electrónico de Equilibrio de Fuerzas.

El transformador se cierra magnéticamente con la barra de equilibrio de fuerzas. Al variar la presión, cambia la posición de la barra induciendo tensiones distintas en las dos bobinas, mayor en la bobina arrollada en el polo con menor entrehierro y menor en la opuesta. Las bobinas están conectadas en oposición y la señal de tensión diferencial producida es introducida en un amplificador transistorizado que alimenta la unidad magnética de reposición de la barra.

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Alta velocidad de transmisión.

Bajo costo.

Sensibilidad a la contaminación

electromagnética.

Utiliza cables apantallados.

Magnitud física: Tensión: 1 – 5 V, 0 – 10 V, 0-24 VCaídas de tensión en los cables falsean la medida. Intensidad: 4 – 20 mANo se afecta por los cables.

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Transmisores Inteligentes

Tienen incorporadas funciones adicionales que se añaden a las propias de la medida

exclusiva de la variable.

Son proporcionadas por un microprocesador.

Consiste en una serie de impulsos en forma de bits, que consistirá

en 0 y 1.

Así según el número de bits que tengamos podremos codificar

diferente número de niveles.

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Basado en la variación de capacidad producida en un condensador formado por dos placas fijas y un diafragma sensible interno y unido a las mismas, cuando se les aplica una presión o presión diferencial a través de un fluido que rellena el interior del condensador. El desplazamiento del diafragma sensible es de solo 0,1 mm como máx.. Un circuito formado por un oscilador y demodulador transforma la variación de capacidad en señal analógica, que es convertida a digital y pasa después a un microprocesador que la transforma a la señal analógica de transmisión de 4 – 20 mA c.c.

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Aprovecha las propiedades eléctricas de los semiconductores al ser sometido a tensiones. El modelo de semiconductor está fabricado a partir de una delgada película de silicio y utiliza técnicas de dopaje para generar una zona sensible a los esfuerzos. Se comporta como un circuito dinámico de puente de Wheatstone aplicable a la medida de presión, presión diferencial y nivel, formado por una pastilla de silicio en el que se hallan embebidas a las resistencias RA, RB, RC, RD de un puente Wheatstone. El desequilibrio del puente originado por cambios de variable, da lugar a una señal de salida de 4 – 20 mA c.c.

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Mayor precisión aproximada de 0.1%, comparada con 0.3% para transmisores analógicos (caracterización del sensor, correcciones por presión y temperatura, etc.). Menor costo de mantenimiento. Se pueden ajustar los rangos y la configuración a distancia. Autodiagnóstico. Actualmente su uso es masivo.Al estar dotados de un microprocesador, suelen incorporar las funciones del protocolo HART (actualmente se estima que existen en el mundo unos 25 millones de dispositivos con protocolo HART).

PROTOCOLO DE CONFIGURACION

HART

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GeneralidadesEn el medio altamente competitivo de hoy en día, todas las compañías buscan reducir los costos de operación, entregar sus productos rápidamente, y mejorar la calidad de estos.El Protocolo HART contribuye directamente con estas metas de producción, permitiendo ahorrar gastos en:

> Comisionamiento e Instalación.> Operaciones de planta y mejoramiento de la calidad.> Mantenimiento.

El Protocolo HART fue desarrollado por Rosemount a finales de los años `80. HART es la sigla de “Highway Addressable Remote Transducer” (Transductor Remoto Direccionable de Alta velocidad. )

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Definición

El método tradicional de transmisión de datos con 4-20 mA, solo se limita a transmitir la magnitud de la medición. Con la evolución en los procesos y la aparición de la instrumentación de campo inteligente, se hizo necesario encontrar nuevas formas de transmisión.En este marco se desarrolla el Protocolo HART, un protocolo híbrido, que mezcla la señal análoga de corriente con la transmisión de datos digitales por los mismos dos cables sin que se distorsionen ninguna de las dos señales.

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HARTPuede funcionar como Maestro-Esclavo. Puede haber hasta dos

maestros y hasta 15 dispositivos esclavos se pueden conectar en configuración multipunto. Cabe destacar que HART posee una

arquitectura abierta, disponible para cualquier proveedor y para cualquier usuario

Información adicional que se puede transmitir

La cual puede permitir ahorrar mucho tiempo y dinero a la hora de la mantención, y además mejora el manejo y la utilización de

las redes de instrumentos inteligentes

Cableado existente y las estrategias de control

No deberán ser totalmente reemplazados al momento de implementar.

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Señales Normalizadas

Señales Analógicas (Transmisión continua de la información en tiempo real):

> Neumática: 0.2 – 1.0 Bar3 – 15 PSI

> Eléctrica : 4 – 20 mA 0 – 24 V cc

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Fundamento Tecnológico de HART

El Protocolo HART permite la trasmisión simultánea de información analógica y digital pues generalmente opera superpuesto sobre el lazo de corriente de 4-20 mA, y utiliza una señal FSK para la transmisión digital binaria a 1200 bps, o 2200 bps (1200 Hz para un UNO y 2200 Hz para un CERO). Como el valor promedio de una señal FSK es cero, ella no afecta los valores analógicos presentes en el lazo de corriente.

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Señal HART

El FSK (Frequency-Shift Keying) es un tipo de modulación de frecuencia cuya señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía entre valores predeterminados.

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Esquema Maestro – EsclavoComo su nombre lo dice este sistema consta de dos tipos de dispositivos, uno al que llamamos Maestro, el cual esta encargado de iniciar las comunicaciones y es el que pide la información. Los dispositivos Esclavos, en tanto, solo envían información cuando se les solicita. El proceso por el cual el Maestro envía un mensaje y recibe una respuesta (en caso de haberla) se denomina Transacción.

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Comunicación Punto a Punto

En el modo de Punto a Punto, la señal tradicional de 4–20 mA se usa para comunicar un proceso variable, mientras que las variables del proceso adicionales, los parámetros de la configuración y otros datos del dispositivo son transferidos digitalmente usando el protocolo HART. La señal de 4–20 mA no es afectada por la señal del protocolo HART y puede usarse para el control de manera normal. La señal digital de la comunicación HART da al acceso a las variables secundarias y a otros datos que pueden usarse para el funcionamiento, el comisionando, el mantenimiento, y para propósitos de diagnóstico.

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Comunicación Punto a Punto

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Comunicación Multipunto

El protocolo HART también tiene la capacidad de conectar múltiples dispositivos de campo sobre el mismo par de hilos en una configuración de red multipunto. En la configuración multipunto, la comunicación está limitada a la comunicación digital maestro/esclavo. La corriente a través de cada dispositivo esclavo se fija al mínimo valor para alimentar el dispositivo y no tiene ningún significado relativo al proceso.

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Comunicación Multipunto

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Aplicaciones del Protocolo HART

El Protocolo HART se utiliza típicamente para configuración remota, ajuste y diagnóstico de dispositivos de campo inteligentes. El Protocolo HART no es apropiado para sistemas que requieren respuestas muy rápidas; sin embargo, si no se requieren altas velocidades, el Protocolo HART se puede utilizar en configuración Multipunto. En este caso no se emplea el lazo de corriente, es decir, se eliminan las señales analógicas en el sistema y todas las mediciones y control se efectúan con los dispositivos y formatos HART. Nótese que en este caso cada transmisor produce una corriente fija de 4 mA; además, cada uno de ellos posee un Módem HART.

Pasos para calibrar y configurar el Transmisor de Temperatura Foxboro RTT20 con HAND HELD

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Datos técnicos de los instrumentos a utilizar:

> Comunicador de Campo (FIELD COMUNICATOR)

Marca: Emerson ManagementModelo: 375Alimentación: 24 VDC

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> Transmisor de Temperatura

Marca : FoxboroModelo : RTT20Rango : 0-1200°CAlimentación : 24 VDC

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> Calibrador de Procesos

Marca: FlukeModelo: 725

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Diagrama de conexión

> Conectar el HAND HELD con los conectores en paralelo a la resistencia de la carga, resistencia mínima de 250 Ω en el lazo HART para protección del equipo.

> La resistencia va conectada en serie con el transmisor de temperatura en la línea negativa de la fuente

> El calibrador de procesos simulará al sensor de temperatura (termocupla) enviando señales de 4-20mV

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Pasos para configurar el transmisor de temperatura:

> Energizar el Hand Held y con el teclado alfanumérico seleccionar la función HART APLICATION con la tecla de entrada

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> Una vez dentro del parámetro Hard Aplication aparecerán 3 opciones:

> Se selecciona la opción ON LINE con la tecla entrar

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> Una vez elegida la opción ON LINE (en línea) aparecerán las opciones siguientes:

> Seleccionar la opción DEVICE DATA y aparecerán dos opciones más:

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> Elegimos “SPECIALIST”, mostrándonos 7 opciones: Punto de Medición Configuraciones del sensor Configuración de la salida Falla manual

Calibrar señal de 4-20mA

Opciones Información del transmisor

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> Primero elegimos la opción “CONFIG. SENSOR”, mostrándonos 4 opciones y las configuramos:

> Luego regresamos al “SPECIALIST”, eligiendo “CONFIG. OUT PUT”, mostrándonos 2 opciones:

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> Ingresando a “MEASURING RANGE”, ingresando a “INPUT” y le damos los valores a los rangos bajo y alto:

> Regresamos a la carpeta de “SPECIALIST”, ingresando a la opción “CAL 4- 20 mA” y Calibramos la salida.

> Nuevamente ingresamos a “SPECIALIST” e ingresamos a “OPTIONS” mostrándonos 6 opciones:

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> Ingresamos a “LOCAL DISPLAY” apareciendo 3 opciones:

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> Ingresando a “DISPLAY CONFIG” es para elegir en que unidades de ingeniería ver en el display del transmisor de temperatura

> Regresamos a “OPTIONS”, eligiendo la opción “LOCAL KEY” para habilitar eligiendo ENABLE:

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> Regresamos a “OPTIONS”, eligiendo la opción “INTERNAL TEMP. UNIT” que es la opción 3.2.6.5 para elegir la unidad de “°C “.

> Ingresamos a “LOCAL DISPLAY” apareciendo 3 opciones

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> Ingresando a “DISPLAY CONFIG” para elegir en que unidades de ingeniería se verá en el display del transmisor de temperatura:

> Regresamos a “OPTIONS”, eligiendo la opción “LOCAL KEY” para habilitar eligiendo ENABLE:

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> Regresamos a “OPTIONS”, eligiendo la opción “INTERNAL TEMP. UNIT.” Para elegir la unidad de “°C”.

> Regresamos a “OPTIONS”, eligiendo la opción “HART”, apareciendo 3 opciones:

> Generar señal de termocupla con el calibrador de procesos en este caso tipo “J” a un rango de 0° a 100 °C

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> Configurar en el HAND HELD los parámetros de medición con una termocupla tipo J.

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