Instrumentación Industrial II

Instrumentacin Industrial II

Manual de asignatura

Sistema de Universidades Tecnolgicas

ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA INDUSTRIAL

Programa 2004

Electricidad y Electrnica Industrial Instrumentacin Industrial II

Universidad Tecnolgica Pgina 1

Crditos

Elabor: Ing. Isidro Javier Domnguez Revis: Comisin revisora. Colaboradores: Autoriz:



Contenido

Objetivo general Identificar, analizar y aplicar control de procesos asistidos por computadora.

Habilidades por desarrollar en general

Escribir la habilidad propuesta que se debe desarrollar en esta asignatura.

Horas Teora Prctica Total Pgina

I Tpicos de control de procesos por

computadora 6 8 14 X

II Procesamiento de seales

industriales. 6 12 18 X

III Operacin de paquetes de

adquisicin de datos y control asistido por computadora

8 20 28 X

IV Proyecto de aplicacin. 0 15 15 X Gua de practicas X



I

Tpicos de control de procesos por computadora

Objetivo particular de la unidad Conocer los diferentes tipos de sistemas de control

Habilidades por desarrollar en la unidad Escribir la habilidad propuesta que se debe desarrollar en esta asignatura.

I.1 CONTROL DE PROCESOS POR COMPUTADORA.

Saber en la Teora (1.5 hrs.)

Al tender los sistemas a evolucionar hacia una complejidad cada vez mayor, fue inevitable el intentar desarrollar un computador de gran capacidad que realizara la funcin de controlar todas las variables del proceso en una forma ptima. Este computador programable y para usos generales evolucion en dos etapas: el control digital directo y el control supervisor.

Estos computadores iniciaron la separacin de la instrumentacin analgica del mando directo del operador, pasando ste gradualmente a funciones de supervisin e interviniendo slo en caso necesario al ser avisado por el computador.

La decisin de instalacin de un computador conectado al proceso se realizaba hace unos 10-15 aos de acuerdo con mltiples factores de los cuales se exponen los siguientes:

La planta deba tener una produccin anual muy grande para que fuera

factible obtener un pequeo porcentaje de mejora en su rendimiento que pudiera justificar la inversin grande que representaba la instalacin de control por computadores. Actualmente los costos se han abaratado enormemente y las prestaciones han mejorado espectacularmente de modo que puede afirmarse que, a partir de unos 20-25 lazos, es ms barata la adquisicin de instrumentos de control digital que la de analgicos (neumticos o electrnicos)



Que haya varias lneas del proceso muy importantes. Que el proceso cambie sus caractersticas internas con el tiempo, tal como en el caso de los coeficientes de transferencia del calor en un horno, en un intercambiador de calor, etc., donde se espera que la instalacin de instrumentos convencionales dar menor rendimiento

En procesos en desarrollo puede ser muy til la instalacin de un computador, puesto que permite realizar estudios de manera continua que facilitan su mejor diseo. a) Monitoreo (Adquisicin de datos) Dos de los componentes bsicos de un sistema de control son los sensores y los transmisores cuya funcin es la adquisicin de datos. Con los sensores y transmisores se realizan las operaciones de medicin en el sistema de control. En el sensor se produce un fenmeno mecnico, elctrico o similar, el cual se relaciona con la variable de proceso que se mide; el transmisor a su vez, convierte este fenmeno en una seal que se puede transmitir y, por lo tanto, sta tiene relacin con la variable de proceso. Estas seales de entrada procedentes del campo, que son utilizadas para realizan una accin de control pueden tener varios orgenes: 1.- Seales de tensin procedentes de:

Termopares que se caracterizan por una f.e.m. pequea que les hace sensibles al ruido elctrico, no mantienen una linealidad entre la f.e.m. y la temperatura y necesitan una compensacin de la unin fra.

Restatos Tacmetros pH y conductividad.

2.- Seales de corriente procedentes de transmisores 3.- Variaciones de resistencia de sondas que se caracterizan por una relacin no lineal con relacin a la temperatura. A continuacin se conectan a un multiplexor donde, de forma aleatoria o secuencial, pasan al computador. b) Control supervisorio El control supervisorio nace como una mejora del control DDC. El control supervisorio presenta una proteccin parcial utilizando estaciones de transferencia automtico-manual colocadas fuera del computador y disponiendo de controladores analgicos adicionales en los lazos crticos. Sin embargo, para



garantizar la ausencia total de fallos hay que utilizar ms de un computador interconectado entre s para que puedan sustituirse mutuamente en su funcin. Para alcanzar la mxima seguridad de funcionamiento y lograr la optimizacin idnea del proceso, el computador podra determinar los puntos de consigna ms convenientes en cada instante, aplicarlos a los lazos de control situados dentro del propio computador o bien en el exterior en controladores individuales. Este tipo de control recibe el nombre de o SPC (set point control), o bien control supervisorio. En paralelo con el bucle de control entre el transmisor y el controlador analgico, el computador calcula los puntos de consigna y los enva secuencialmente a cada instrumento. Si se presenta cualquier avera, el controlador regula la variable del proceso en el ltimo punto de consigna que recibi del computador. Dentro del control supervisor se usa el trmino SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) significando el uso de un ordenador husped (host) que usa los datos transmitidos desde el campo y presenta los resultados al operador para que acte como supervisor e inicie alguna accin de control, y utiliza unidades remotas de transmisin situadas a largas distancias (kilmetros) del ordenador. Las unidades remotas de transmisin suelen ser , por lo menos en los lazos crticos. Poco a poco, las funciones aportadas por los sistemas SCADA se han hecho semejantes al control distribuido, y la nica diferencia reside en el tipo de circuito. SCADA transmite las seales a travs de circuitos de baja velocidad y poco fiables para la integridad de los datos (lneas telefnicas y radio), mientras que el control distribuido lo hace mediante circuitos locales de alta velocidad y seguridad de transmisin. c) Control Digital Directo (DDC) En el control digital directo que apareci hacia los aos 60, el computador lleva a cabo todos los clculos que realizaban individualmente los controladores P, P + I, P + I + D generando directamente las seales que van a las vlvulas. Este tipo de control se denomina o DDC (direct digital control) y realiza las siguientes funciones: a) explora las variables de entrada analgicas o digitales; b) las compara con los puntos de consigna e introduce la seal de error en el algoritmo de control correspondiente; c) enva las seales de salida a las vlvulas de control del proceso; d) se disponen de instrumentos analgicos en paralelo con el computador en los puntos crticos y actan como reserva en caso de fallo. En el control DDC, el computador est enlazado con el proceso. Las seales procedentes de los transmisores de campo se renen en una terminal y pasan a



una unidad de filtrado y acondicionamiento donde son convertidas a seales digitales, para ser usadas en los clculos posteriores de control. El computador permite comprobar cada seal de entrada y compararla entre lmites prefijados para detectar si sale fuera de estas magnitudes y determinar as, a travs de la 1gica del computador, las causas de la desviacin iniciando una alarma o bien imprimiendo instrucciones para la operacin de la planta. Por otro lado, el sistema DDC compara la seal enviada a la vlvula de control con la de entrada y determine la aceptabilidad de la informacin para la accin de control. Si sta no es aceptable se retiene la 1tima posicin de la vlvula y el operador es prevenido, tomando el computador una accin de emergencia. De este modo, los lmites de operacin del proceso pueden estrecharse con seguridad de manera que ste puede llevarse a un punto de operacin crtico sin problemas. El DDC permite una transferencia automtico-manual sin perturbaciones y admite una fcil modificacin de las acciones y de las configuraciones de los sistemas de control, lo cual es muy importante en la puesta en marcha de la planta. El DDC tiene la ventaja sobre los controladores convencionales de estar provisto de un calibrado automtico que corresponde a las condiciones de operacin instantneas. Es decir, el computador ajusta la calibracin de sus algoritmos de acuerdo con una funcin predeterminada de la variable medida o de una combinacin de variables en lugar de requerir peridicamente la calibracin individual de cada instrumento por un instrumentista o especialista en instrumentos, tal como ocurre en los instrumentos convencionales. El computador propiamente dicho admite la informacin de entrada del sistema proveniente de cintas o disquetes u otros tipos de soporte y almacena estos datos en una conectada a una compuesta por una y una seccin de ; de esta ltima salen y entran los datos del proceso a travs de la interfaz. La unidad de memoria almacena las instrucciones de programa y los datos empleados por la unidad central de tratamiento. Entre los diversos tipos de memoria empleados en los computadores de proceso se encuentran la memoria de ncleo magntico, apoyada por memorias de tambor o de disco. El tiempo de acceso en las memorias de tambor y de disco magntico es relativamente largo ya que es necesario que el tambor o el disco giren para que los cabezales se siten en el punto exacto de localizacin, y aunque la velocidad de giro sea elevada, del orden de varios miles de r.p.m., el tiempo de acceso es significativo. Por este motivo se utilizan generalmente como memorias auxiliares.



La unidad central de tratamiento es el verdadero centro nervioso del computador al realizar por un lado las operaciones aritmticas y 1gicas (unidad aritmtica y lgica) y por el otro controlar el flujo de datos (unidad de control). La presentacin de la informacin accesible al operador desde el computador puede adoptar varias formas: - Teleimpresores e impresoras de alta velocidad. - Pantalla de televisin que muestra a voluntad del operador el estado operacional de la planta o de una seccin de la misma, o bien de un bucle de control. Entre las ventajas del sistema DDC figuran: Flexibilidad en el diseo del sistema de control, pudindose pasar fcilmente de una accin de control a otra, disear la ecuacin de control que ms convenga al proceso, y aadir cmodamente acciones de control en adelanto o en cascada. Rendimiento del control al trabajar muy prximamente al punto ptimo de operacin Seguridad al poder comprobar cada variable entre unos lmites prefijados. I.2 SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES.

Saber en la Teora (1.5 hrs.) Actualmente el mercado se divide en grandes segmentos como los de software, Hardware, telecomunicacin, control final, rastreo y monitoreo, conversin En esta parte se trataran solo dos: Software y Autmatas programables, como miembros principales del control distribuido; sin embargo no por ello los dems deja de ser importantes, pero en vista de que cada configuracin demanda una arquitectura propia, seria sumamente difcil adaptar los dems tpicos a todos los tipos de configuraciones posibles (aunque estas estn cumpliendo con estndares interaccinales). SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES (SOFTWARE). Existen varios protocolos de control entre ellos, estos son los ms populares: ASPEN: Popular programa de simulacin de procesos, ampliamente conocido entre los estudiantes de ingeniera Qumica. Su fabricante apost a que su compaa era lo suficientemente buena como para desarrollar un programa que desplegara en tiempo real las variables del proceso; cosa que ha hecho muy bien. Es comercialmente caro y no muy fcil de usar, aunque para un empleado capacitado, su entorno totalmente grafico, resulta amigable. Adems de que la licencia incluye un simulador y las suficientes herramientas para desarrollar



nuevos procesos. Actualmente es un Software muy utilizado por la industria y es fabricado por los norteamericanos. EMERSON MANAGEMENT: Su producto estrella PLANTWEB es publicitado con la siguiente frase " Usted va a ayudarme a mejorar la calidad de mi producto. Incluso mientras optimizo mi produccin. Es lo que todos dicen. PRUEBELO! " Hasta ahora la compaa afirma que puede hacer esto y mas ofreciendo para lo anterior un paquete integral de programas y adems los elementos fsicos para la medicin de datos, la transferencia de estos, el cableado, las estaciones de trabajo... Emerson Electric Corporation duea de las marcas anteriormente mencionadas Afirma que con su software puede incrementar la calidad hasta en un 40 % ofreciendo un para ello entorno amigable, totalmente grafico y funcional (basado en tiempo real). NATIONAL INSTRUMENTS: Proporciona los servicios de desarrollo de software acorde a las necesidades del cliente, con la capacidad de poder ser expandido a futuro. La compaa es pionera en el tratamiento de datos, y en versiones actuales, sus programas incorporan interfaces graficas, con animaciones en tiempo real, proporcionando as eficacia y seguridad. Otro punto a su favor es el reducido precio que cobra por una licencia de sus programas comerciales de tan alta calidad LABWIEW: Hasta hace poco, este programa solo servia para el procesamiento de datos, sin embargo hay en da es posible visualizar el estado del proceso en tiempo real (desconozco si tambin sirve para controlar el proceso) y con un entrono de programacin complementario el operador puede controlar de forma sencilla algunas de las variables del proceso. El programa es ptimo para la investigacin, la simulacin y para ser instalado en pequeas empresas, cortas de presupuesto. La interfase es sumamente amigable y no requiere suma especializacin. CAD/ CAM/ NCAC: Sistemas para la implementacin de un sistema de control propio, basados en control numrico, dibujo y modelado asistido por ordenador e instrucciones numricas ordenador-unidad de proceso. Posiblemente el tipo de Software mas complicado hasta ahora, pero tambin el que logra excelentes resultados de monitoreo y manufactura directa. Un poco apartados del control distribuido, pero imprescindibles a este. Hasta ahora existen una gran multitud de fabricantes que venden sus productos a muy diversos costos y con caractersticas propias de cada uno. Los cuatro sistemas de Software incorporan o permite exportar registros del proceso (SPC) a otros paquetes, o sus propias bases de datos, para llevar un control estadstico que indique el comportamiento del proceso y sirva como base para futuras mejoras. SISTEMAS COMERCIALES EXISTENTES (HARDWARE). Hasta hace algunos aos exista una gran cantidad de estos paquetes, sin embargo desde que La francesa Merln Green se anexo a Cuatler Hammer y Square D el mercado se resume a las siguientes opciones: SIEMENS.



La compaa apuesta por una descentralizacin del sistema (CD), debido a que ello aporta flexibilidad al proceso. Sin embargo lo anterior crea la necesidad de intercambiar datos entre los aparatos o con un ordenador superior de conduccin. Para cumplir lo anterior la compaa propone eliminar las redes coaxiales, sustituyndolas por redes con topologa de bus, la cual es mas barata, confiable y adems permite la comunicacin entre estaciones con un solo cable de datos (banda ancha). Como parte de sus productos de automatizacin la compaa Alemana Siemens ofrece una gran cantidad de elementos finales de control, tales como relevadores, temporizadores, as como fusibles, motores, tarjetas de adquisicin de datos, Controladores a base de Programadores Lgicos PLC, Monitores teclados CPU's industriales, Paneles de control LCD y actualmente propone nuevos tipos de redes tales como: SINEC L1 Es una red local econmica que trabaja segn el principio maestro esclavo. En ella el acceso a las estaciones de red esta controlado por una estacin maestra de BUS. Esta red acepta 31 equipo SIMATIC (su serie comercial de PIc's) y puede tener hasta 50 Km. de distancia. La velocidad de transferencia es de 9.6 Kbits/s SINEC L2/2FO Es una red local de tipo inferior/medio de comunicacin, es decir en el entorno industrial. Se basa en La norma DIN 19 245. SINEC 2F0 es una red ptica, es decir emplea fibra ptica para la transmisin de datos. A ambas redes se les puede conectar hasta 127 estaciones de las cuales 32 pueden ser maestras y el resto esclavas. La velocidad de transmisin va desde 9,6 a 5090 Kbits/s y 1.95 Mbits/s) El alcance es de 9.6 Km. y 23.8 Km. respectivamente. SINEC H1/HfO Esta red es de clula abierta segn la norma internacional IEEE 802.3 (CSMA/CD) para utilizacin en el entrono industrial. Basada en Ethernet Puede conectar 1024 estaciones a 10 Mbits/s a una distancia mxima de 1.5 Km. con cable triaxial o 4.6 si se utiliza cable blindado CO. Para lograr una eficiencia se utiliza el protocolo MAP 3.0 Debe hacerse mencin que estas redes aceptan Sistemas COROS (de la marca Siemens) y equipos de otras marcas como: Digital, Tandem y Hewlett Packard. FEDERAL PACIFIC. Compaa con una larga tradicin en el ramo electromecnico, ofrece entre sus productos Consolas de mando, relevadores, temporizadores, contactores, arrancadores magnticos... Fue de las primeras en apostar por los sistemas de control distribuido, fabricando en Mxico varias de las primeras consolas de este tipo. Actualmente ofrece diversas soluciones para la automatizacin que resultan econmicamente viables para pequea y mediana empresa. TELEMECANIQUE. La compaa esta presente en la realizacin de sistemas de automatizacin de gran envergadura. Entre los productos que ofrece se encuentran: contactores, reles, equipo neumtico, interruptores, fusibles, fotoceldas, unidades de mando, timers y ms recientemente estaciones de trabajo.



Fue de las primeras en el pas en ofrecer soluciones de automatizacin, combinando lo mejor del control digital y el analgico. En 1990 Telemecanique Mxico desarrollo para la CFE un proyecto de alta tecnologa empleado en una planta de tratadora de agua del tipo pulidoras de condensacin (La funcin bsica de este tipo de plantas consiste en recuperar el condensado que se forma en una turbina durante el transcurso normal de la operacin). Para ello desarrollo un sistema de supervisin denominado MONITOR 77 basado en su autmata estrella TSX-67200 y un ordenador industrial IBM, a travs de ello es posible controlar el proceso y medir adems concentraciones de sodio, amoniaco, conductividad.... Actualmente dicho producto ha sido superado; sin embargo como se menciono antes, fue una de las compaas pioneras en el control digital. HONEYWELL: Compaa pionera a nivel mundial en el ramo computacional, electromecnico y de automatizacin. Creo El TDC 2000, uno de los primeros sistemas de control distribuido en 1975. Entre los productos que ofrece se encuentran autmatas programables, relevadores, arrancadores magnticos, sistemas de proteccin elctrica. Fusibles, tarjetas de adquisicin de datos, protocolos de red, paneles de visualizacin, PIC's... Desarrollo junto con varias compaas, los estndares IEC, NEMA, DIN, IEEE... que actualmente rigen el mercado industrial... Por si fuera poco tambin fabrica indicadores de proceso, registradores, transductores... Podra decirse que sus elementos de comunicacin y de control son universalmente un estndar y por ello pueden interconectarse con otras familias (otras marcas), sin causar conflictos ni colisiones el la arquitectura del sistema. Cuando la compaa que contrata los servicios de Honeywell es grande, esta ultima es capaz de fabricarle la red entera e incluso disearle el software de monitoreo/ control a la medida de las necesidades de dicha empresa, a costos razonables y con una alta eficiencia. CUATLER HAMMER Y SQUARE D. Gigantes Franco-estadounidenses de la electromecnica, cada uno fabrica gran cantidad de piezas electromecnicas, que van desde las canaletas para el cableado, hasta la fabricacin de autmatas programables. Cuentan cada uno de ellos con enorme experiencia en el ramo del control industrial, desde aquellos das en que se empleaban Vlvulas Termoinicas. Su tendencia en la industria es ligeramente moderada, pues cada uno de ellos ha implementado nuevos modelos de componentes que revolucionan el mercado. Su fuerte es la fabricacin de relevadores, arrancadores, tableros de carga, sirenas, PLC, PIC, tarjetas de interfase, Mdulos de arranque, Terminales industriales, Fusibles de corte industrial

Actualmente poseen la capacidad de dise ar software especial para el cliente, adems de que poseen una de las mejores redes de servicio y una excelente atencin al pblico.



La versatilidad de sus componentes y su nueva tendencia a apostar aun ms por la distribucin del control industrial, le hacen buenas opciones en el momento de elegir la plataforma con la que se automatizara una planta. Todos sus productos cumplen con estrictos estndares de calidad y se adaptan a las normas NOM, ISA, ISO, DIN y IEEE que regulan desde los 70's el mercado de la automatizacin. GENERAL ELECTRIC. Corporacin norteamericana, pionera en casi todo, desde la produccin de electricidad hasta la creacin de armamento termonuclear. Aunque sus productos no son muy conocidos, ello no quiere decir que no sean buenos, fabrican, relevadores, contactores, motores de casi todo tipo, circuitos integrados, partes para turbina, elementos intercambiadores de calor, sensores, software.. General Electric apuesta junto con otras empresas por lo que denomina control digital distribuido por diversificacin de unidad. Con ello se pretende reducir el numero de costosas estaciones de trabajo e integrar las funciones de estas a un panel de control comn y corriente, claro que supervisado a todo momento por un ordenador central. Para abaratar costos fue de las primeras en diversificar el poder de un costoso Mainframe en varias computadoras baratas, pero con la potencia y confiabilidad necesaria para continuar los procesos. IEM - WESTINGHOUSE Corporaciones mexicanas y norteamericanas que durante un buen tiempo trabajaron juntas. La primera fabrica elementos industriales bsicos como Transformadores y Motores, elementos bsicos en el control industrial, al parecer tambin fabrica calderas La segunda por su parte fabrica elementos electrnicos, Turbinas. Si bien es cierto que hasta ahora no fabrican elementos de control computacionales, sus productos son necesarios para el control final; pues sin estos vale un comino tanta implementacin electrnico-computacional. FOXBORO, LEEDS & NORTHRUP, DESIN, KENT, ECKARDT, FISHER PORTER, BECKMAN, MARTIN MARTEN, MASONEILAN Y DEMAS Fabrican controladores, Paneles de control, Registradores, Instrumentos ciegos, Transductores y elementos finales de control, pero no se logro saber sobre sus sistemas electrnicos-digitales y computacionales para ala automatizacin asistida por ordenador. TOSHIBA, SONY, MISHUBIHY, HUNDAY. Gigantes asiticos que fabrican mdulos para el control industrial, sin embargo debido a que muchos concuerdan con que sus productos son de calidad inferior, estos no son muy conocidos. Actualmente las compaas antes mencionadas son lderes mundiales en el desarrollo, investigacin e implementacin de software y hardware para el control y monitoreo de procesos en tiempo real, manejando tecnologas de 32, 64 y 128 bits. Empleando para ello tres de los procesadores comerciales mas potentes fabricados por AMD, INTEL y MOTOROLA. Salvo las japonesas como Toshiba y Sony que emplean procesadores que ellas mismas fabrican.



I.3 ARQUITECTURAS BSICAS DE CONTROL DISTRIBUIDO.

Saber en la Teora (1.5 hrs.) COMPONENTES DEL CONTROL DISTRIBUIDO. - El controlador multifuncin que, al utilizar en su programacin un lenguaje de alto nivel, se asemeja a un ordenador personal, proporciona las funciones de control lgico que permiten regular un proceso discontinuo (Bach control), y el manejo de procesos complejos, en las que el control bsico esta limitado. Tal es el control de una columna de destilacin, donde el control es dinmico, y es necesario realizar clculos en tiempo real sobre las ecuaciones de equilibrio entre el reflujo interno y el reflujo externo en cabeza de la columna. Otros casos tpicos son la manipulacin de reactores en condiciones anormales, el precalentamiento de lquidos de alimentos de procesos mediante la creacin matemtica de modelos... - El control secuencial enlaza el control analgico (modulante con posiciones que varan continuamente en la vlvula de control) con el control lgico, Por ejemplo, el arranque y el paro de una cadena de vapor deben hacerse de modo secuencial para eliminar totalmente el riesgo de una explosin que ocurrira si, en el peor de los casos, entrara agua en la caldera con el nivel muy bajo y con los tubos del serpentn al rojo vivo.. El control secuencial se realiza con un conjunto de instrucciones o sentencias, parecidas a programas de ordenador, que establecen en el tiempo los puntos de ajuste de cada elemento para que tenga lugar la secuencia deseada. El lenguaje empleado es de alto nivel, parecido al Basic o C, y orientado al usuario del ordenador personal, por lo que es fcil de escribir y de interpretar. - En el control discontinuo (Bach control) es usual automatizar la entrada de ingredientes, en particular en la industria farmacutica, definiendo la naturaleza y cantidades en lo que se llama la formula (recipe). Debido a que se fabrican muchos productos diferentes en la misma unidad de fabricacin, es necesario que el equipo de control sea verstil para satisfacer la gran variedad de formulas (recipes) que pueden presentarse. La practica usual es disponer de un programa de la formula principal grabado en Cd, disquete, DVD o HD mvil, y modificar esta dinmicamente de acuerdo con los datos de la formula, las fases del proceso discontinuo y el tiempo estimado de ejecucin de la operacin. - Los controles programables sustituyen a los reles convencionales utilizados en la industria. En lugar de disponer de pulsadores y reles para los circuitos de enclavamiento y para el accionamiento de los motores de la planta, con el correspondiente panel o cuadro de mandos y con los consiguientes cables de conexin, voluminosos y caros, el controlador programable aporta la solucin verstil, practica y elegante del software en un lenguaje especial, basado en la lgica de los reles. El teclado del controlador dispone de smbolos que representan la lgica de los contactos: NA (normalmente abierto), NC (normalmente cerrado), Temporizacion ON u OFF, contador, Constante, operadores aritmticos.



De este modo pueden desarrollarse programas que representen cualquier tipo de enclavamiento y comprobarlos con un simulador de contactos, antes de acoplar el controlador programable a la planta - La estacin de operacin proporciona la comunicacin con todas las seales de la planta para el operador de proceso, el ingeniero de proceso y el tcnico de mantenimiento. La presentacin de la informacin a cada uno de ellos, se realiza, mediante programas de operacin, de este modo: 1.- el operador de proceso ve en la pantalla (o pantallas) un grafico o grficos del proceso que le interesa (incluso hay algunos con animaciones de movimiento), y puede manipular las variables deseadas, las alarmas, las curvas de tendencia, etc.. Puede archivar datos histricos de la planta que crea interesantes, obtener copias en impresora de las tendencias, estado de las alarmas e incluso llevar un registro del desgaste progresivo de ciertos elementos de control, de medicin... 2.- El ingeniero de proceso puede editar programas del proceso, construir las representaciones en la pantalla de partes del proceso... 3.- El tcnico de mantenimiento puede fundamentalmente diagnosticar y resolver problemas en los elementos de control distribuido de la planta. - El computador permite implementar los programas de aplicacin de los usuarios, destinados a obtener informacin determinada de la planta y procesarla con objeto de analizarla mas adelante. El sistema incluso puede optimizar variables, hacer clculos especiales o complejos sobre balance de energa o de consumo de materias primas de la planta, y a confeccionar reportes especiales. Por otro lado el computador puede comunicarse con otros ordenadores de mayor capacidad para obtener informacin sobre el consumo de materias primas, sobre los factores que influyen en la produccin y en su rendimiento, y sobre los datos analticos que se utilicen en la optimizacin de la planta. Y, como es lgico, esta informacin actual obtenida del proceso es accesible a la direccin, que puede utilizarla para el control de los costos de la planta. Modelos de Sistemas de Control Digital Comienzo por aclarar que el tipo de controladores al que nos enfocamos en estos prrafos es a los que realizan control retroalimentado de sistemas continuos, por ello se descartan los controladores en lazo abierto (salvo que sirvan para ilustrar aspectos bsicos) y los controladores de secuencias discretas tales como los PLC's (o equivalentes) en su modalidad de control ON-OFF (La mayora de los PLC's actuales contemplan tambin mdulos analgicos que permiten utilizarlos en control retroalimentado de sistemas continuos). En otras palabras, los controladores que se tratan aqu son computadoras, microcontroladores o cualquier sistema digital programable equipado con mdulos de adquisicin de datos analgicos (Convertidores Analgico/Digital) y Control analgico (Convertidores Digital / analgico) RED de Monitoreo y control Bsico Una red de monitoreo de control bsico, a ello se anexan los sensores y elementos finales de control. Bloque A Elementos de medicin permanente Entran en contacto con el proceso, realizan conversiones e incluso transmiten en idioma binario, actualmente toros se encuentran integrados a un PLC que les



controla y a su vez este esta sometido a un ordenador central y una o varias estaciones de control (x seccin y central) 1.- Sensor (+ elemento primario): Entra en contacto con el sistema a medir (absorbiendo o no parte de su energa) generando una medicin que responde a las variaciones de la variable controlada. 2.-Transmisor: Captan la variable de proceso a travs del elemento primario y la transmiten a distancia en forma elctrica 3.- Transductor: Reciben una seal de entrada funcin de una o ms cantidades fsicas y la convierten modificada o no a una seal de salida 4.- Los convertidores son aparatos que reciben la seal de entrada y la convierten en una binaria. Bloque B Elementos de evaluacion (Previa). Elementos contenidos dentro del computador central 1.- Receptores (Interprete): Reciben la seal de entrada, procedentes de los transmisores y la guardan en un registro temporal listo a ser evaluado. 2.- Los controladores (CPU): Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercitan la accin correctiva mediante un anlisis matemtico y la evaluacion de complejos cdigos de programacin. Bloque C Elementos de evaluacion y control (Integrados) Una vez evaluado lo anterior se procede a transmitir la seal que contiene informacin sobre lo que hay que hacer para corregir el error. Muchos de estos elementos pueden ser integrados a un PLC o PIC, conectado a su vez a la computadora central. 1.- Transductor (lo mismo pero a la inversa) 2.- Transmisor " " 3.- Elemento final de control: Recibe la seal del controlador y modifica el caudal del flujo o agente de control. Accionando Vlvulas, toberas, motores, pistones, servos... I.4 TIPOS DE CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

Saber en la Teora (1.5 hrs.) Control todo-nada Un amplificador operacional puede utilizarse como un controlador todo-nada muy sensible gracias a la alta ganancia del amplificador. Bastara una pequea diferencia de seales en la entrada para que se obtenga una salida total en voltios ligeramente inferior a la tensin de alimentacin. Como seal de entrada se utiliza la diferencia entre la variable y el punto de consigna y en terminal de salida se conecta un circuito de excitacin del relee final de control. La zona muerta del control todo-nada se logra mediante un resistencia conectada en serie con el terminal no inversor del amplificador y con una resistencia conectada entre este ultimo terminal y el de salida del amplificador.



Control proporcional de tiempo variable El control todo-nada descrito anteriormente puede modificarse ligeramente para obtener un control proporcional de tiempo variable. Control proporcional Si el amplificador operacional se usa como amplificador ananolgo de ganancia finita, su lata ganancia de lugar a que la entrada tenga que ser muy dbil, casi nula, del orden de 0,2 mV. Para disminuir esta elevada ganancia es necesario realimentar la seal de salida a la entrada inversora -V mediante una resistencia -R, y como nos interesara que la seal de entrada tenga un valor distinto de cero, se aade al circuito otra resistencia -R. Control integral La accin integral puede generarse en el amplificador operacional mediante un condensador conectado en serie con la lnea de realimentacion negativa y con una resistencia conectada en serie con el terminal inversor. Control derivativo La accin derivativa puede conseguirse colocando un condensador C ala entrada inversora y una resistencia R en paralelo entre la salida y la entrada inversora. El ajuste de la accin derivativa se obtiene transformando la resistencia R en un potencimetro. Cuando la seal de error cambia rpidamente (debido a una variacin rpida del punto de consigna o bien, de la variable, o quiz, provocado por seales con ruido), la seal de salida muy rpidamente tomando en el limite la forma de un pico. Este efecto es indeseable ya que puede perjudicar el control del proceso. Se soluciona este inconveniente eliminando la accin derivativa cuando el instrumento capta una variacin rpida de la seal de error. Se conecta un condensador C y una resistencia R en serie, en paralelo con la resistencia derivativa R. De este modo, con la impedancia de C es inversamente proporcional a la variacin de tensin que se le aplica, un cambio rpido de tensin ara que el condensador se presente una baja impedancia a travs de la resistencia derivativa R, con lo cual el tiempo de accin derivativa ser necesariamente bajo, modificndose el valor derivativo ajustado, pero solo durante el instante de la variacin rpida de la seal de error. Un interruptor conectado en paralelo con el condensador C, permite, en la posicin de conexin, eliminar la accin derivativa cuando as se desee. Control proporcional+integral+derivativo La unin en un circuito de los 3 controlador descritos anteriormente da lugar a un instrumento electrnico proporcional + integral + derivativo. El circuito simplificado consiste en un modulo proporcional ms integral- donde se fija la ganancia o banda proporcional, se amplifica la desviacin entre la variable y el punto de consigna, se fija el valor del punto de consigna y se selecciona la accin directa o la inversa del controlador - y un modulo de accin derivada modificada donde se encuentra el potenciometro de accin derivada.



Control proporcional En el sistema de posicin proporcional, existe una relacin lineal continua entre el valor de la variable controlada y la posicin del elemento final de control (dentro de la banda proporcional). Es decir, la vlvula se mueve el mismo valor por cada unidad de desviacin.

Resolver las prcticas de la Gua de Prcticas de la asignatura.



II

Procesamiento de seales industriales

Objetivo particular de la unidad Disear circuitos de acondicionamiento y filtrado de seales Habilidades por

desarrollar en la unidad Escribir la habilidad propuesta que se debe desarrollar en esta asignatura.

2.1 Convertidores d/a y a/d.

Saber en la Teora (1.5 hrs.) Fundamentos de funcionamiento de convertidores d/a y a/d.

Se desarrollar en esta seccin, exclusivamente, la parte terica que se indica. Utilizar este tipo de letra, tamao y espacio entre prrafos. (arial, tamao 11, justificado sin negrillas, interlineado sencillo)1

Saber Hacer en la practica (3 hrs.)

Probar y conectar dispositivos d/a y a/d.

Se desarrollar explicativamente la actividad de la prctica. Esto ser un ejercicio o una prctica resueltos. Es importante que en esta parte el profesor ensee a los alumnos como hacer o resolver la parte practica. Usar el mismo tipo de letra, tamao y prrafo.2

1 De esta forma se harn las referencias bibliogrficas. 2 De esta forma se harn las referencias bibliogrficas.



Resolver las prcticas de la Gua de Prcticas de la asignatura.



Gua de Prcticas Prcticas de la unidad 1

PRCTICA No. 1 Fecha Grupo No de alumnos por prctica No. de alumnos por reporte Nombre y firma del profesor

Nombre (s) del alumno (s)

Tiempo estimado Hrs Calificacin 1. Objetivo. Conocer y aplicar las distintas herramientas de cmputo para procesos industriales de automatizacin 2. Materiales y/o equipos. Lpiz. Cuaderno. Apuntes de clase. Bibliografa adecuada Software adecuado Hardware adecuado 3. Desarrollo general. Analizar las distintas herramientas de cmputo para procesos industriales de automatizacin 4. Resultados y conclusiones de la prctica por parte del alumno.





Tiempo estimado Hrs Calificacin

1. Objetivo. Conocer los diferentes tipos de sotware comerciales de adquisicin de datos de uso industrial

2. Materiales y/o equipos. Lpiz. Cuaderno. Apuntes de clase. Bibliografa adecuada

3. Desarrollo general. Analizar los diferentes tipos de sotware comerciales de adquisicin de datos de uso industrial

4. Resultados y conclusiones de la prctica por parte del alumno.



Prcticas de la unidad 1




1. Objetivo. Conocer e identificar los tipos de sistemas de control distribuido. Conocer algun tipo de software para control distribuido

2. Materiales y/o equipos. Lpiz. Cuaderno. Apuntes de clase. Bibliografa adecuada Software adecuado Hardware adecuado

3. Desarrollo general. Analizar e identificar los tipos de sistemas de control distribuido Analizar algun tipo de software para control distribuido




Prcticas de la unidad 1




5. Objetivo. Conocer los diferentes tipos de control de procesos industriales

6. Materiales y/o equipos. Lpiz. Cuaderno. Apuntes de clase. Bibliografa adecuada

7. Desarrollo general. Identificar y Analizar diferentes tipos de control de procesos industriales




Bibliografa 1 Escribir el Nombre del libro o manual

Escribir el Nombre del autor Escribir la Editorial Escribir la Edicin

2 Escribir el Nombre del libro o manual


3 Escribir el Nombre del libro o manual


Etc, etc.

Instrumentación Industrial II

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