Principios de Instrumentación - Símbolos, Automatización y Regulaciones
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James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College
Principios de Instrumentación Símbolos, Automatización & Regulaciones
Principios de Instrumentación Símbolos, Automatización & Regulaciones
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
En esta presentación:
P & ID’s (Piping & Instrumentation Diagrams) Y PFD’s Simbolos de Instrumentación Automatización de Procesos y Control Automático
Control Manual Control Automático
Términos de Automatización de Procesos Variable Manipulada y Variable Controlada Valor Deseado, Señal de Control, Error, Lazo de Control y Feedback Controlador Discreto Sistema de Control Distribuido (DCS) PLC (Programmable Logic Controller)
Estandares Industriales: NIST, ISA, ANSI, ASME, ISO, DIN, etc. Agencias Reguladoras: OSHA, FDA, EPA, etc. y su impacto a la
profesión de Instrumentación
Principios de Instrumentación Símbolos, Automatización & Regulaciones
James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Piping & Instrumentation Diagrams (P & ID’s): Los planos de construcción y operación de los sistemas
y procesos de istrumentación se manifiestan en dibujos
llamados P&ID (Piping and Instrumentation Diagrams)
Estos P&ID’s son utilizados tanto para la construcción
como el mantenimiento de sistemas de procesos
industriales
El estándar mas utilizado para representar los dibujos se
basan en ANSI/ISA 5.1
Este estándar define la figura a utilizarse para
representar los instrumentos y los conectores entre
estos
Además del P & ID, existe un tipo de diagrama mas
sencillo llamado PFD ó Process Flow Diagram. Este tipo
de dibujo omite medidas de tuberías y detalles.
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James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Símbolos de Instrumentación:
El símbolo utilizado para representar los instrumentos
de medición es un círculo
Puede ser un transmisor, un indicador, un controlador,
un recorder, etc.
Dentro de este circulo está la información básica de este
instrumento
Se describe la información de:
• La variable física
• Función del instrumento: Transmisor, Indicador,
Controlador, Válvula de Control, etc.
• Modificador del instrumento: Diferencial, etc.
• Número de Secuencia Única
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Símbolos de Instrumentación:
Ejemplo:
Variable
Física
Función
Número de
Secuencia
PT
1
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Símbolos Comunes de Dispositivos Primarios
Analizador Nivel Temperatura Presión ¿Que Significa?
Indicador Solamente
Transmisor
Solamente
Transmite e Indica
Transmisor Diferencial
que Transmite e Indica
Otros Ejemplos:
Valvula con Actuador
Valvula Solenoide
Variador de Velocidad
Interruptor Manual
Limit Switch (Normalmente Cerrado)
Limit Switch (Normalmente Abierto)
Switch de Vibraciones
Switch de Presion
Símbolos de Instrumentación:
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James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
Donde
Que
Instalado
en el
Campo
Instalado en
Panel/Pantalla
Instalado en
Área Remota
Instalado
en Área
Inaccesible
Instrument
os o
Dispositivo
s
Imágenes en
Pantalla
Funciones de
Computadora
Funciones de
DCS o PLC
Mas Comunes
Usado en Algunos Casos
Usado en Pocos Casos
Usado Sólo en Casos Especiales
No Usado Casi Nunca
NOTAS Clasificación
Simbolos de Instrumentación y Control
Símbolos de Instrumentación:
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
Variable Función
Número Identificador
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
Variable Función
Número Identificador
Instalado en Panel
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
Variable Función
Número Identificador
Área Remota
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
Variable Función
Número Identificador
Área Inaccesible
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
TT
1
FT
1
LT
1
Pressure
Transmitter
Temperture
Transmitter
Flow
Transmitter
Level
Transmitter
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PI
6
TI
19
FI
145
LI
2
Pressure
Indicator
Temperture
Indicator
Flow
Indicator
Level
Indicator
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PIT
6
TIT
19
FIT
145
LIT
2
Pressure
Indicating
Transmitter
Temperture
Indicating
Transmitter
Flow
Indicating
Transmitter
Level
Indicating
Transmitter
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Símbolos de Instrumentación: Dispositivos de Instrumentación:
PIC
6
TIC
19
FIC
145
LIC
2
Pressure
Indicating
Controller
Temperture
Indicating
Controller
Flow
Indicating
Controller
Level
Indicating
Controller
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Proceso
Hidráulica
Señal Neumática
Tubo Capilar
Señal Electrónica
Electromagnéctica, Ultrasónica
ó Radioactiva
Símbolos de Instrumentación: Tipos de Líneas:
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Válvula de Diafragma
Válvula de Bola
Válvula de Cuña
Válvula de Mariposa
Válvula de Cotejo
“Check Valve”
Válvula de Globo
Válvula de Aguja
Válvula de Ángulo
Válvula de 3 Vías
Símbolos de Instrumentación: Válvulas de Control:
Principios de Instrumentación Símbolos, Automatización & Regulaciones
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Válvula de Cotejo
“Check Valve”
Símbolos de Instrumentación: Válvulas de Control:
Válvula de Ángulo de Diafragma
Válvula de Globo de Diafragma
Válvula de Aguja de Diafragma
Válvula de 3 Vías
Válvula de Bola de Pistón
Válvula de Mariposa de Pistón
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Símbolos de Instrumentación: Válvulas de Control: Las válvulas de control se representan con la letra Y
Esta letra se ubica como función, luego de la letra que representa la variable física
LY
2
Level
Control
Valve
FY
7
Flow
Control
Needle Valve
PY
4
LY
9
Pressure
Control
Globe Valve
Level
Control
Ball Valve
w/Piston Actuator
TY
15
Temperature
Control
Angle Valve
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Símbolos de Instrumentación: Convertidor de Corriente a Presión
Las válvulas de control operan con presión e aire
comprimido. Para convertir una señal de control (en
mA) a presión (en psi) se utiliza un instrumento
llamado I/P
El símbolo utilizado para este instrumento es un
cuadrado
I / P
5
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Símbolos de Instrumentación:
I / P
3
DCS
PT
6
Transmisor
de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Válvula de Control
de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
Inputs
Ou
tpu
ts
PY
8
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Automatización de Procesos:
Uso de máquinas, sistemas de control y tecnología de
información para optimizar la productividad en la producción
de bienes y servicios de procesos industriales
Un ejemplo sería un transmisor de presión que envía su señal
al controlador (input - variable de proceso)
Esta variable se compara con el valor deseado (setpoint),
entrado por el operador
La diferencia entre la variable y el setpoint se llama el error
El controlador genera una señal de control (output) hacia el
elemento final de control para corregir
A este arreglo de equipos para lograr controlar la variable se
le llama Lazo de Control
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Automatización de Procesos:
Segmento de un sistema de control. Este segmento
consiste de un instrumento para medir y transmitir la
variable, un sistema de control (DCS ó discreto) y un
elemento final de control. El objetivo del lazo de control
es mantener la variable de proceso igual al valor
deseado .
Lazo de Control:
Controlador
Transmisor
Vávula de Control
Proceso - +
Set
Point
Variable de
Proceso
Output
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Automatización de Procesos:
Los lazos de control son controlados por dispositivos
llamados controladores (controllers)
Estos controladores pueden ser discretos (manejan un
lazo de control) o pueden ser distribuidos (manejan
cantidades grandes) de lazos de control
En ambos casos, el controlador comprara la variable de
proceso (input) con el valor deseado y genera una señal
de control (output)
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I / P
3
DCS
PT
6
Transmisor
de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Válvula de Control
de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
Inputs
Ou
tpu
ts
PY
8
Estación de
Operador
Automatización de Procesos:
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I / P
3
PT
6
Transmisor
de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Válvula de Control
de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
PY
8
Automatización de Procesos:
Controlador
Discreto
A M
M SP O 100%
50%
0%
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Automatización de Procesos:
Los sistemas de control se encargan de controlar lazos de
control individuales (discretos) o centralizados (DCS)
Los lazos de control tienen dos modos:
Modo Manual ó Lazo Abierto - Es el modo donde el
operador (persona) controla manualmente el elemento
final de control. El operador es quien compara la variable
de proceso con el valor desado y genera manualmente un
output hacia el elemento final de control.
Modo Automático ó Lazo Cerrado - Es el modo donde el
sistema de control automáticamente genera una señal de
control mediante algoritmos programados hacia el
elemento final de control. El operador se encarga de seleccionar el valor desado de ese lazo de control.
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Variable que se modifica para lograr que se mantenga
en su valor la variable controlada. La variable
mainpulada puede estar en cualquier valor siempre y
cuando la variable controlada esté en el valor deseado.
Variable que se desea mantener constante o en el
valor deseado. Esta variable se controla por medio de
la variable manipulada. La variable controlada
finalmente es la que será utilizada para ser el (input)
del lazo de control.
Automatización de Procesos:
Variable Controlada:
Variable Manipulada:
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Valor de la variable que se desea mantener constante
para cumplir con el proceso. Este valor es que la variable
controlada debe seguir. Este valor puede ser ingresada
por el operador ó puede provenir de otro lazo (cascada).
Automatización de Procesos:
Valor Deseado:
Señal de Control:
Señal de correción resultante del sistema de control. Es
el output del control como tal. Esta señal alimenta al
elemento final de control.
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Es un controlador maneja un input (variable de
proceso), un valor deseado (setpoint) y genera un
output (señal de control)
Automatización de Procesos:
Error:
Controlador Discreto:
Diferencia aritmética entre el valor deseado y la
variable de proceso.
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Sistema de control que recibe datos (inputs y outputs)
discretos del campo y genera (outputs) discretos hacia
el campo. Utiliza programación lógica para lograr
ejecutar secuencias, temporizadores (timers),
contadores (counters), etc.
Automatización de Procesos:
DCS (Distributed Control System):
PLC (Programmable Logic Controller):
Sistema de control capaz de manejar múltiples lazos de
control. Contiene un procesador centralizado, pero es
capaz de distribuir sus datos a diferentes áreas como
estaciones de operación, estaciones de ingeniería y
estaciones de mantenimiento.
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I / P
3
DCS
PT
6
Transmisor
de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Válvula de Control
de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
Inputs
Ou
tpu
ts
PY
8
Automatización de Procesos:
DCS (Distributed Control System):
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Automatización de Procesos:
PLC (Programmable Logic Controller):
I
n
p
u
t
s
Counters O
u
t
p
u
t
s
PLC
Timers
Logic
Level Switch
Válvula
Solenoide 1 0 0 1
Program
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PLC, del inglés, "Programmable Logic Controller" o Controlador Lógico Programable. Originalmente orientados a lógica discreta o booleana (interruptores, switches o contactos).
DCS, del inglés, “Distributed Control System”, o Sistema de
Control Distribuído. Como una evolución de los "controladores" discretos, es un sistema que es programado en forma centralizada, pero que su lógica se ejecuta en forma distribuida en equipos análogos (4-20 mA, digital).
DCS vs PLC
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Hoy por hoy, los equipos se parecen mucho, y difieren en las formas de Programación/ejecución: • DCS: Se configura centralizadamente, y el código se ejecuta
en forma distribuida. Al menos en dos componentes: el controlador que ejecuta la lógica y el HMI que realiza las funciones de visualización y registro.
• PLC. Su configuración se ejecuta en el controlador o PLC. Requiere de una programación separada para realizar las funciones de interface de operador: visualización, registro, etc.
DCS vs PLC
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Estándares de la Industria:
ISA – International Society of Automation
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
NEC – National Electric Code
ASME – American Society of Mechanical Engineers
ANSI – American National Standards Institute
NIST – National Institute of Standards and Technology
RoHS – Restriction of Hazardous Substances Directive
IEC - International Electrotechnical Commission
NACE – National Association of Corrosion Engineers
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Estándares de la Industria:
ISO – International Organization for Standardization
DIN – Deutshe Institut für Normung
UL – Underwriters Laboratories
API – American Petroleum Institute
CGA – Compressed Gas Association
FPS – Fluid Power Society
CIAPR – Colegio de Ingenieros y Agrimensores de PR
CPEPR – Colegio de Peritos Electricistas de PR
CE – Marca de la Comunidad Europea
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Agencias Reguladoras:
FDA – Food and Drud Agency
OSHA – Occuational and Safety Hazard Agency
EPA – Environmental Protection Agency
PROSHA – Puerto Rico OSHA
JCA – Junta de Calidad Ambiental
DOT – Department of Transportation
FCC – Federal Communications Comision
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