transmisores inteligentes mina
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Ing. Víctor Silva Martínez
1940 1975
Neumática: 3-15 psi
1960
1990
Electrónica: 4-20 mA CC
1980
2008
Digital con Analógica: HART CON 4-20 mA
1995
2010
Digital: Fieldbus
PROCESO
Entrada del Producto
Salida del Producto
Elemento Primario de Medición
Elemento de transmisión
Indicador o Registrador
Controlador
Valor deseado
Elemento Final de control
Variable Manipulada
Variable Controlada
2. VARIABLE CONTROLADA DE UN PROCESO. ES AQUELLA CONDICION O ESTADO DEL MATERIAL DEL PROCESO QUE ESTA SUJETA A CAMBIAR, QUE ES MEDIDA Y CONTROLADA
Transmisor: Captan la variable del proceso a través del elemento primario de medición ( E.P.M.) y la transmiten a distancia en forma de señal neumática 3-15 psi o electrónica 4-20 mA.
Transmisor inteligente: Este termino indica que el sensor tiene incorporadas funciones adicionales que se añaden a las propias de la medida exclusiva de la variable. Dichas funciones son proporcionadas por un microprocesador.
Este transmisor es utilizado para la medición de la variable nível, flujo y presión
PT
FT
LT
TT LI LR LIC LRC
Elementos
Primarios
PRESION
CAUDAL
NIVEL
TEMPERATURA
Transmisores
CAMPO
Otras Variables
Indicadores
Registradores
Indicadores
Registradores
RECEPTORES
CONTROLADORES
PANEL O CAMPO CAMPOIntegrador
SumadorMultiplicador-divisor
INSTRUMENTOS DE CAMPO Y DE PANEL
ElementosFinales
De Control
Tiristor
I/PConvertidor
La señal electrónica de 4-20 mA tiene un nivel suficiente y de compromiso entre la distancia de transmisión y la robustez del equipo.
El “cero vivo” con que empieza la señal (4 mA cc) ofrece las ventajas de poder detectar una avería por corte de un hilo (la señal se anula) y de permitir el diferenciar todavía más el ruido de la transmisión cuando la variable esta en su nivel más bajo.
Al ser continua y no alterna elimina la posibilidad de captar perturbaciones, esta libre de corrientes parasitas y emplea solo dos hilos que no precisan blindaje..
• Rango.- Región entre los límites en los cuáles una cantidad es medida,recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rangomínimos y máximos.• LRV (Valor de rango mínimo).- El valor mínimo de la variable medida queun dispositivo esta ajustado para medir.• URV (valor de rango máximo).- El valor máximo de la variable medida queun dispositivo esta ajustado para medir.• Span.- Diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo.
• Auto-diagnósticos• La compensación del sensor de temperatura proporcionando unalinealización mejorada• Se pueden programar remotamente el cero y el span• Opciones de salida:– Lineal– Raíz cuadrada– Por ciento• Capaz de medir más de una variable de proceso (por ejemplo, presión y temperatura)• Información de materiales de construcción•Da una posible falla antes de llegar al instrumento•Menos hardware para sastifacer las necesidades de la planta.
Características del transmisor digital inteligente
SENSOR
A/D D/Aμ
ComunicaciónSalida 4 a 20 mA
Operación del transmisor digital inteligente
Transmisor inteligente rosemount 3051
Se puede leer la variable de proceso aún cuando se halla excedido los 4-20mA
-150 +150
4 mA 20 mA
0%
Primaria: Representación digital de presión de proceso
Secundaria: Temperatura dentro del modulo del sensor
mA3.75 22
4 20
3.920.8
Rango de operación normal
FALLA DE HARDWARE-ALARMA
Valor de proceso fuera de rango-alarma
Transmisor inteligente rosemount modelo 1151
HART: Protocolo de comunicaciones de campo
Highway Addressable Remote Trasnsducer
Rosemount Inc. Desarrollo en 1986 transmisores smart
Llega a convertirse en un protocolo abierto para 1989
Se forma el grupo HART en 1990
El soporte HART creció de 18 a 79 compañías
El 70% de los instrumentos de medición Smart usan protocolo HART
Este protocolo es ahora un estándar en la industria
1 01
Protocolo HART Con Señal
Digital Superpuesta
+0.5
-0.5
PV
4.0 mA
20.0 mA
1 1 11 00 0 0 0
El comunicador HART utiliza la técnica de FSK (Frequency Shift Keying) “Modulación por desplazamiento de frecuencia. Esta técnica utiliza señales digitales de comunicación superpuesta a la corriente, no modifica la señal de 4-20 mA.
+0.5
-0.5
0
1200 Hz“1”
2200 Hz“0”
EL SISTEMA SE BASA EN UNA RADIO BASE QUE PUEDE ACEPTAR LAS SEÑALES DE HASTA 50 UNIDADES DE COMUNICACIÓN DIGITALES EN EL PROTOCOLO MODBUS O EN LA SEÑAL ELECTRÓNICA ANALÓGICA DE 4-20 MILIAMPERES
AHORRO DE CABLE
UN ARRANQUE MAS RAPIDO DE LA INSTALACION
DISTANCIA DE TRANSMISION EN ZONAS SIN OBSTACULOS DE HASTA 600 METROS
EXACTITUD DEL +O.1%
FIABILIDAD DE LOS APARATOS (LARGA VIDA DE LA BATERIA 5 AÑOS) Y AL SOFTWARE DE AUTOCOMPROBACION Y LIBRES DE INTERFERENCIAS
POTENCIA DE TRANSMISION DE UNOS 30mW Y VELOCIDAD DE 4.8 A 76.8 KBPS
Interfaz IrDA®(en la parte superior)
Accesorio decorrea (en la partesuperior
Terminales decomunicación con HARTy FOUNDATION fieldbus(en la parte superior)
Luz deBluetooth®
Tecla de luzde fondo
Accesoriode correa(a un lado)
Tecla “Entrar”
Tecla y luz defunciones (paracombinacionesfuncionales deteclas múltiples
Tecladoalfanumérico
Teclas denavegación(cuatro teclasde flecha
Pantalla táctil
Tecla y luz dealimentación
Lápiz óptico(en la correa)
FOUNDATION FIELDBUS APLICATION
375 MAIN MENU
HART APLICATION
SETTINGLISTEN FOR PCSCRATCH PAD
BACKLIGHT
SETTING
ABOUT 375
CONTRASTCLOCK
LICENSEMEMORYPOWER
TOUCH SCREEN ALIGNMENT
CONTRAST
To adjust the contrast, drag the silder or press up/down arrow
Dark Light
OK SET DEFAULT CANCEL
FOUNDATION FIELDBUS BACKLIGHT
FOUNDATION FIELDBUS APLICATION
SETTING
ABOUT 375
CLOCKCONTRASTLICENSE
MEMORYPOWER
TOUCH SCREEN ALIGNMENT
375 MAIN MENU
HART APLICATION
SETTINGLISTEN FOR PCSCRATCH PAD
FOUNDATION FIELDBUS
CLOCK
OK CANCEL
MES/DIA/AÑO
HR/MIN/SEG
BACKLIGHT
FOUNDATION FIELDBUS APLICATION
SETTING
ABOUT 375
CLOCKCONTRASTLICENSE
POWERMEMORY
TOUCH SCREEN ALIGNMENT
375 MAIN MENU
HART APLICATION
SETTINGLISTEN FOR PCSCRATCH PAD
FOUNDATION FIELDBUS
POWER
OK CANCEL
BACKLIGHT
ON BATTERY POWER
POWER SAVE
AUTO OFF
NEVER
NEVER
POWER SAVE NEVERON EXTERNAL POWER
BATTERY POWER REMAINING 86%
El modelo 1151 admite cualquiera de las siguientes unidades de ingeniería: inH2O, inHg, ftH2O, mmH2O, mmHg, psi, bar, Kg/CM2, atm, Pa, Kpa, torr
Comunicador HART
1,3,2
Comunicador HART 1,3,3,1
1. LRV
2. URV
3. UNIT
4. LSL
5. USL
Salida=20mA cuando P=U
Salida=4mA cuando P=L
Comunicador HART 1,3,3,2
1 4mA
2 20mA
3 Exit
Esta presión es el punto de 20 mA
Esta presión es el punto de 4 mA
Comunicador HART 1,3,4
Comunicador HART 1,3,5
Permite cambiar la relación matemática entre la presión de entrada y la salida de4–20mA. El tipo de salida del transmisor puede definirse como lineal o cuadrática.
PRESIÓN
%
SALIDA
mA(%)
PRESIÓN
%
SALIDA
mA(%)
0 4 ( 0) 0 4
25 8 (25) 25 12 (50)
50 12 (50) 50 15.31(70.7)
75 16 (75) 75 17.85(86.6)
100 20 (100) 100 20 (100)
Lineal Cuadrática
Comunicador
HART1,3,6
El modelo 1151 tiene una amortiguación electrónica que puede aumentar el tiempo de respuesta del transmisor para suavizar la salida cuando hay fluctuaciones rápidas de entrada. También puede disminuir el tiempo de respuesta cuando se requiere una respuesta rápida al proceso.
El valor predeterminado de la amortiguación es de 5 segundos. La amortiguación podrá reajustarse a cualquier valor entre 0 y 50 segundos.
Comunicador
HART1,2,3,3
Un ajuste fino completo es una calibración de dos puntos del sensor donde se aplican dos valores de presión externos y se ajusta la salida del transmisor para conformarla con la entrada de presión.
Un ajuste fino completo requiere un generador de presión al menos tres veces más preciso que el transmisor.
Comunicador HART
1,2,3,3,1
Comunicador HART
1,2,3,3,2
Comunicador HART
1,2,3,3,3
Comunicador HART
1,2,3,3,4
Un ajuste fino de cero es sencillamente el ajuste de un punto.
El ajuste fino de cero resulta útil para compensar los efectos de posición de montaje o para desviaciones del cero debido a presiones estáticas en aplicaciones de presión diferenciales.
Se ve los valores de los ajustes finos
aplicados
• No contamos con resistencia de carga
• Electrónica dañada
• Modulo sensor dañado
• Equipo de prueba dañado
• Sensor necesita ajuste de span
• Necesita ajuste de 4 a 20 mA
• Revisión de software incorrecta en 275
TRANSMISOR SEÑAL PRECISION VENTAJAS DESVENTAJAS
NEUMÁTICO 3-15 PSI + 0.5 % RAPIDEZ
SENCILLO
AIRE LIMPIO, NO GUARDAN INFORMACION DISTANCIAS LIMITADAS
ELCTRONICO CONVENCIONAL
4-20 Ma CD. + 0.5 % RAPIDEZ
ELECTRÓNICO INTELIGENTE
4-20 Ma CD + 0.2 % MAYOR PRESICION, INTERCAMBIABLE, ESTABLE, CONFIABLE,
ELECTRÓNICO INTELIGENTE SEÑAL DIGITAL
DIGITAL + 0.1 % FALTA NORMALIZACION DE LAS COMUNICACIONES
Fieldbus Foundation
H1 31.25 Kbit/sec
HSE (High-speed Ethernet) 100 Mbit/sec
FOUNDATION fieldbus es un sistema de comunicación digital, serial, bidireccional que sirve como red a nivel básico de automatización en una planta industrial.
Multidrop wiring. FOUNDATION fieldbus soporta hasta 32 dispositivos, sin embargo lo típico ( limitaciones de voltaje y corriente ) es de 16 dispositvos
Instrumentación Multivariable
Comunicación Bidireccional
Nueva información
Control en Campo
Standares Regulatorios:ANSI/ISA 50.02 IEC 61158 CENELEC EN50170:1996/A1
- Incrementa la capacidad debido a la comunicación digital completa.- Reduce el número de alambrado y de tableros de conexión.- Reduce el número de barreras intrínsecas de seguridad.- Reduce el número de convertidores de entrada y salida.- Reduce el número de fuentes de alimentación y gabinetes.,- Reduce el tamaño del cuarto de control.- Reduce la configuración de dispositivos.- Incrementa la exactitud de las mediciones.- Incrementa la sofisticación y la flexibilidad de la instrumentación.- Mejora el autodiagnóstico y los diagnósticos remotos.
Ventajas de Fieldbus
La arquitectura interna del «fieldbus» tiene los siguientes niveles o capas:
Nivel 1: Físico que especifica las condiciones del medio de transmisión, las características eléctricas, mecánicas y funcionales y la codificación de los datos.Nivel 2: Enlace que establece el enlace lógico, el control de flujo y de errores, la sincronización de la transmisión y el control de acceso al medio.Nivel 3 al 6: Son objeto de protocolo.Nivel 7: Aplicación que contienen los servicios y regula la transferencia de mensajes entre las aplicaciones del usuario y los diferentes instrumentos.Capa usuario: Dedicada.
Fieldbus Foundation (Comunicaciones)
Cada dispositivo comparte el mismo tiempo en un segmento. Un función de sistema administra el tiempo “ application clock”. Los clock interno de cada dispositivo se sincronizan con este.
Las alarmas son manejadas en forma independiente.
Cada dispositivo Fieldbus tiene una dirección, que algunos sistemas la asignan en forma automática ( delta V)
Fieldbus esta orientado a trabajar con TAG en vez de direcciones.
Fieldbus Foundation (Bloques sde Función)
Los Function Block son pequeños módulos de software sellados, que tienen entradas y salidas y una función (no intervenible) que relaciona ambas.
•Resource blocks •Transducer blocks •Function blocks
Relaciona el dispositivo completo (N° serie, Fabricante, Modelo, etc)
Relaciona las partes humedas (wetted) (Sensor, material, estatus)
Relacionan las capacidades de control (AI, AO, PID, PI)
Fieldbus Foundation (Bloques sde Función)
Basic Specified Continuous Blocks
Analog Input AI Reads analog input
Analog Output AO Sends analog output
Bias Gain B Scaling
Control Selector CS Override control
Manual Loader ML Manual Control
PID Control PID PID Control
PD Control PD PD only control
Ratio Control RA Ratio Control
Basic Specified Discrete Blocks
Discrete Input DI Reads discrete input
Discrete Output DO Sends discrete output
Fieldbus Foundation (Wiring)
Fieldbus utiliza un cable del tipo par apantallado, permite utilizar cables existentes.
El bus se llama segmento o “trunk”, y los dispositivos se conectan al trunk mediante “spurs”, esta topología es llamada “branch”.
Fieldbus Foundation (Wiring)
Si los spurs se conectan en un solo punto concentrados entonces la topología se llama arbol o “tree”.
Fieldbus Foundation (Wiring)
EJEMPLO : SE DEBE INCLUIR LA SUMA DE TODOS LOS CABLES Y NO DEBE SUPERAR LOS LIMITES DE LA TABLA ANTERIOR.
Fieldbus Foundation (Wiring)
El largo máximo de cada spur depende:
Del número de instrumentos en el segmento
Del número de dispositivos en el spur.
Total devices on segment
Devices per spur
1 2 3
1-12 120 m 90 m 60 m
13-14 90 m 60 m 30 m
15-18 60 m 30 m 1 m
Fieldbus Foundation (Wiring)
Ejemplo:
Máx. 90 mt Máx. 60 mt
Máx. 120 mt