introducción a instrumentación y control

7/28/2019 Introduccin a instrumentacin y control

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Temario

- Introduccin a la Instrumentacin

- Calibracin de instrumentos

- Medidas de presin

- Medidas de temperatura

- Medidas de nivel

- Medidas de caudal

- Transductores LVDT

- Posicionadores inteligentes

- Vlvulas de control

- Control PID

- Modos de control


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Objetivos

- Familiarizarse con la terminologa y simbologa usada eninstrumentacin

- Conocer los principios de funcionamiento de sensores y transmisores

- Realizar el conexionado y montaje de instrumentos

- Estudiar la calibracin general de los instrumentos. Ajustes deinstrumentos especficos

- Estudiar el comportamiento de un lazo de control.


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Introduccin

INSTRUMENTACIN: abarca

Medir

Transmitir (4-20 mA) Indicar y registrar

Controlar o regular

variables de proceso

CONTROL

Objetivo: Mantener una variable en un valor deseado (cte o variable)

- Comparar con valor deseado (Consigna) desviacin- Corregir

Componentes:

- Unidad de medida

- Unidad de control

- Elemento final de control

- Proceso


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Ejemplo de control

Proceso

Elemento final de control

Unidad de controlUnidad de medida


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Elementos que intervienen en un lazo de control

Elementos (terminologa)

Sensor, detector, transductor: elemento que capta la medida (p.ej Pt-100)

Medidores locales: medida inmediata y local (p.ej manmetro)

Transmisores: transforman en seal elctrica o neumtica para transmitirla

Receptores: indicadores, registradores (PLCs SCADA) Convertidores: convierten entre tipos distintos de seales

Reguladores o controladores

Elementos finales de control: vlvulas de control

Operacionales: sumadores, restadores, extractores de raz cuadrada, etc (hoyen da son parte del control distribuido)


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Lazo de control abierto

Ejemplo regulacin temperatura habitacin con programador

No vale para nada, ya que no reacciona ante perturbaciones

Controlador Proceso Medidor Transmisor

IndicadorRegistrador

ValorDeseado

Lazo abierto de control

perturbaciones


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Lazo de control cerrado

El regulador recibe informacin de la variable (V. controlada)

Compara valor deseado con valor medidoGenera seal correctora a elemento final en funcin de la desviacin

Elemento final acta sobre agente regulador (v. manipulada) y ste sobre proceso

Lazo cerrado de control

VARIABLE

MANIPULADA

Transmisor

Proceso

Regulador

VARIABLE A

CONTROLAR

MEDIDA

SALIDA

ELEMENTO FINAL

DE CONTROL

ACCI NCORRECTORA

SE ALINFORMACIN

PUNTO DECONSIGNA

controles manuales y

controles automticos

cambios de carga y perturbaciones

Lazo cerrado: funciona con ladiferencia entre lo deseado y lomedido (error)

ERROR= MEDIDA CONSIGNA

Tenemos FEEDBACK = realimentacin


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Instrumentos segn su funcin

DETECTORES

Seal todo/nada

Presostatos, termostatos, interruptores de nivel, etc

SENSORES ELEMENTOS PRIMARIOS

termopares, Pt100, placas de orificio, etc

INDICADORES Y REGISTRADORESreciben seal elctrica (I V) o neumtica (P)

TRANSMISORES

integran sensor, transductor y transmisor

generan seal de salida normalizada (I P)

seal apta para enviar a distancia

electrnicos: 4-20 mA, alimentacin 24 V

neumticos: 3-15 psi, alimentacin 20 psi


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ELEMENTOS FINALES DE CONTROLVlvulas de control, variadores de velocidad, etc

Actuadores neumticos (servomotores)

reciben seal neumtica (de posicionador)

diafragma y muelle

aire para cerrar/ aire para abrir

Posicionadores

reciben seal neumtica 3-15 psi (o elctrica) + aire alimentacin (20 psi)

reciben posicin de vlvula (realimentacin mecnica)

dan salida neumtica al actuador para regular su posicin

Vlvula de control

obturador unido a vstago, unido a servomotor

Convertidores I/P


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CONTROLADORES Y ESTACIONES


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Simbologa

Identificacin de instrumento (variable y funcin) + identificacin del lazo

1 letra = Variable de proceso

posible modificador (PD, FQ)

P: presin D: densidad I: corrienteF: caudal (flow) V: viscosidad A: anlisis

L: nivel (level) S: velocidad(speed) X: sin clasificar

T: temperatura W: Peso (weight) Z: posicin

I: indicador G: vidrio cristal (glass)

L: luz piloto E: elemento primario

R: registrador O: orificio

2 letra: tipo de lectura

En instrumentacin se utilizan mucho los P&ID (Piping & Instrumentation Diagrams:

Diagramas de Instrumentacin y tuberas).

Se usa la Norma ISA (Sociedad Americana de Instrumentacin) aceptada a nivel mundial


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Simbologa

3 letra: funcin adicionalC: controlador S: interruptor T: transmisor

Y: rel computador V: vlvula K: estacin

4 letra: modificadores

H: alto L: bajo (low)

Ejemplos

TRC - 2A : controlador de temperatura con registrador, del lazo 2, el elemento A.

LIT - 23B: transmisor con indicador de nivel del lazo 23, elemento B.

PCV - 4A : vlvula controladora de presin, del lazo 4, elemento A.


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Simbologa: lneas y alimentaciones

ALIMENTACIONES

AS: alimentacin aire (Air Supply)

ES: alimentacin elctrica (Electric Supply)

HS : alimentacin hidrulica (Hydraulic Supply)

SS: alimentacin vapor (Steam supply)

WS: alimentacin agua (Water supply)

CONEXIN A PROCESOS, ALIMENTACIN

SEAL NEUMTICA

SEAL HIDRULICA

SEAL ELCTRICA

SEAL ELECTROMAGNTICA


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Simbologa: generales y vlvulas

GENERALES

VLVULAS

Instrumentos para una variable

Instrumentos para varias variables

Local

Local Tras panel

Tras panelEn panel

En panel

Globo o compuertaEn ngulo

Mariposa

De bola Tres Vas Cuatro Vas


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Simbologa: actuadores

ACTUACIN EN CASO DE FALLO

ACTUADORES

S

Diafragmacon muelle

Diafragma con muelleposicionador yvlvula piloto

Diafragma

con muelle y

posicionador

Motor rotativoManual

Electrohidrulico

Para vlvula de alivio

o seguridad

Por pistn

M

EH

FO FC

FI

FL

FO

A

C

B

Abre en fallo Cierra en fallo Bloquea en fallo

Abre en fallo

Va A-C

Posicin intermedia

en fallo

i b l l i i


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Simbologa: elementos primarios

ACTUACIN EN CASO DE FALLO

ELEMENTOS PRIMARIOS

FE FE

FI

FE

FC

FE

FQI29

69

24

24

27

72

214

Placas de orificio

Con tomas en brida Con tomas en tubera

Tubo Pitot

Rotmetro

Sensor conectado acontrolador de caudal

Totalizador indicadorde caudal

PIPI

143142

Manmetro con selloManmetro

LG396

LI247

Nivel de cristalIndicador de nivel

de flotador

TI142

Termmetro

TI142

Termoparbimetlicoo de vidrio

TE

Si b l l i i


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Simbologa: elementos primarios

EJEMPLOS (CONTROL CAUDAL)

PI

FRC

339

PR-339339 340

340

PR

FT

FV-340

FRC-340

HE FV

340

PT

Ej l d di


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Ejemplo de diagrama

FT 101: transmisor de caudal

conectado con seales elctricas alcontrolador indicador de caudal FIC101, tambin realiza la raz cuadradaa la seal de entrada. La salida deFIC 101 es una seal elctrica hacia

TY 101 ubicado detrs de panel. Lasalida de TY 101 es una sealneumtica, lo que convierte a TY 101en un I/P.TT 101 y TIC 101 son similares a FT101 y FIC 101 pero en lugar decaudal, ellos miden, indican ycontrolan temperatura.La salida de TIC 101 est conectadaal SP (consigna) de FIC 101 parahacer un control en cascada.

Ej l d di


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Ejemplo de diagrama

YIC TPICO:Una vlvula todo/nada controlada poruna vlvula solenoide y equipada confinales de carrera que indican posicinabierta (ZSH) y cerrada (ZSL).

Todas las entradas y salida estncableadas a un PLC que es accesiblepara el operador (rombo dentro de uncuadrado con lnea horizontal slida).

La letra 'Y' indica computador. La letra'I' indica que se tiene indicacin, y laletra 'C' significa que en estedispositivo se lleva a cabo un control.

M d t b j d l l


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Mrgenes de trabajo de las seales

ELCTRICO

4 20 mA (10-50 mA americano)

alimentacin a 24 Vcc ( 220 Vac)

fallo si 0 mA > 20 mA

NEUMTICO

3-15 psi (0.21-1.05 Kg/cm2)

alimentacin 20 psi (1.4)

fallo si 0 psi

2-10 bar % mA psi

2 0% 4 3

4 25 8 6

6 50 12 9

8 75 16 12

10 100 20 15

SEAL segura: supresin de cero a 4 mA

Inmune a interferencias (corriente)

Lineal (valor medido proporcional al valor real)

T i ti


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Transmisor neumtico

E l


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Escalas

RANGO: conjunto de valores entre el mximo y el mnimo de la medida

SPAN: diferencia entre valor superior e inferior de rango (URV y LRV)

ELEVACIN/SUPRESIN DE ZERO: subir/bajar el inicio de la escala

2 10bar

mA

20

4

Rango: 2-10 barSpan: 8 barElev Zer0: 2 bar

Escalas ejemplo


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Escalas: ejemplo

Ejemplo:

Rango= 0 a 5 kg

Span mn= 0,1 kg/cm2

Span Mx= 4 kg/cm2

Si quiero medir hasta 5 kg Ajustar 20mA (5 kg) y 4mA (entre 1 y 4,9 kg) Si quiero medir desde 0 kg Ajustar 4mA (0 kg) y 20mA (entre 0,1 y 4

kg)

Caractersticas de los instrumentos


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Precisin (accuracy):

Tolerancia de la medida. Lmite de error en condiciones normales de

servicio (deben de especificarse condiciones)

En % del alcance (manmetro 3-15 con precisin del 1% +-0.12) En unidades de la variable

En % de lectura

Para conocer un valor real, se debe de comparar el instrumento con otro

patrn 5 veces ms preciso que el anterior

Sensibilidad

Relacin entre la variacin de la lectura del instrumento y el cambio en el

proceso que causa este efecto.(Ejemplo: manmetro con banda muerta al

arranque o banda muerta al mover una vlvula)

Sensibilidad por construccin discontinua (reostato)



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Sensibilidad:

limy

xx

0



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Banda muerta

Variacin de la entrada sin que vare la salida error en el controlCausas: friccin, discontinuidad, prdidas de movimientos

Histresis

Diferencia de respuesta segn el sentido de variacin (subir/bajar)



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Repetibilidad

Capacidad para dar el mismo valor en las mismas condiciones y mismo

sentido de variacin (no incluye histresis)

Deriva

Variacin de la salida en un tiempo determinado sin variar medida ni

condiciones necesidad de calibracinDeriva trmica de cero

Ruido

Perturbacin indeseada que altera la medida

Linealidad

Curva de calibracin lineal



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Estabilidad

Capacidad para mantener comportamiento durante vida til

Temperatura de servicio

Temperaturas para que trabaje dentro de lmites de error

Vida til de servicio

Tiempo para que se mantenga dentro de tolerancias

Elevacin y supresin de zero

La instrumentacin hoy


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La instrumentacin hoy

Uso de instrumentos electrnicos inteligentes (con microprocesador)

Ajustes desde teclados, pantallas tctiles, terminales, etc

Uso de transmisin digital por buses de campo: Profibus, Modbus, etc, tanto

para medidores como para controladores, elementos finales, aparellaje

como rels y contactores, etc

Conclusiones


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Conclusiones

- Hemos definido lo que es un lazo de control, sabemos que para que hayaun control automtico, el lazo de control tiene que ser cerrado, conrealimentacin.

- La salida de los transmisores hemos visto que normalmente ser de 4 a20 mA en corriente. Seales en corriente son ms seguras e inmunes ainterferencias.

-Hemos visto cmo interpretar un P&ID mediante la simbologa con queestn representados segn normas ISA.

- Hemos visto como interpretar las hojas de caractersticas de losinstrumentos

Vlvula de control


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Vlvula de control

Posicionador de equilibrio de fuerzas


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Posicionador de equilibrio de fuerzas

Fuelle

Seal del controlador

Escape

Vlvula delpiloto del

Aire de alimentacin

Vlvula

Servomotor

Resorte

P = Punto de apoyo

posicionador

Posicionador de equilibrio de movtos


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Posicionador de equilibrio de movtos

MuelleRecorrido de la vlvuladel posicionador

Fuelle Escape a laatmsfera

Vlvula del

posicionador

Aire del controlador

Aire de alimentacin

Vlvula

Servomotor

Recorrido delobturador

Convertidores I/P


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Convertidores I/P

introducción a instrumentación y control

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