INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Instrumentos en un sistema de control 3. Elementos de un sistema de control 4. Transmisores y Controladores 5. Diagramas de Instrumentación
Automatización Industrial Ing. John Jairo Piñeros
1. Introducción ¿Cuáles son las funciones de un profesional que se desempeñe en área de instrumentación y/o Automatización?
• Seleccionar instrumentos • Especificar instrumentos • Generar planos de instrumentación • Diagramas de Tuberías e Instrumentación (P&ID). • Diagramas de lazos de control. • Diagramas de instalación (mecánicos y eléctricos). • Supervisar la instalación, arranque y puesta en marcha de sistemas
de instrumentación. • Mantenimiento de instrumentos.
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Fase de Diseño
Introducción Ing. John Jairo Piñeros
Ingeniería Conceptual
Identifican Necesidades
Definen Objetivos
Plantean Soluciones
Estudio factibilidad técnica y Económica
Ingeniería Básica
Especificaciones Técnicas instrumentación
Diagramas Instrumentación
Ingeniería de detalle
Dctos instalación y arranque instrumentos
Diagramas finales de Instrumentación, control
Diagrama de Bloques - Componentes • PROCESO: Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.
• MEDIDA: Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las cualidades de los objetos o acontecimientos
del mundo físico real.
• SENSOR: Transforma una señal mecánica en una eléctrica
• DETECTOR ERROR: Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar.
• CONTROLADOR: Realiza una acción determinada en función del detector de error.
• ELEMENTO FINAL CONTROL: Ejecuta una acción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador. Representado por electroválvulas, motores, lámparas, relés, etc.
• ACTUADOR: Elemento intermedio entre el controlador y el elemento final. Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador.
Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros
PROCESO: Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.
una variable a controlar - proceso uni-variable varias variables a controlar - proceso multivariable (planta)
Diagrama de Bloques
Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros
Medida
Proceso
Sensor Detector
Error
Controlador
Elemento Final de control
Actuador
Diagrama de Bloques - Componentes
Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros
SP: set point o referencia.
C: variable a controlar o controlada.
V: Valor deseado.
M: variable manipulada.
E: Error (set point – Variable medida Cm)
Diagrama de Bloques - ejemplo Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.
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Diagrama de Bloques – Proceso de Medida
Comparación de la variable con una unidad estándar o patrón de medida. Puede ser directa o indirecta (variable intermedia)
Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros
Diagrama de Bloques – Ejercicio No. 1
Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros
• Control de nivel al setpoint Nsp. • Control de Tº al setpoint Tsp. • Control del caudal de salida al setpoint Qsp.
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Normalmente un sistema de control opera formando un lazo o bucle (ABIERTO O CERRADO) en el que se mide el valor de una variable, se compara con un punto de consigna o valor deseado (set point, SP) y se toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación o error existente.
TIPOS DE CONTROL
ON – OFF
CONTROL ANALÓGICO CONTROL DIGITAL
Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
Sistema de control
Control ON-OFF 1. El control On-Off es la forma mas simple de controlar.
2. Es comúnmente utilizado en la industria
3. Muestra muchos de los compromisos fundamentales inherentes a todas las soluciones de control.
La entrada no cambia tan
rápidamente pero El precio que
pagamos es una oscilación (o ciclo
lımite) en la temperatura de salida.
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Control Análogo - PID
Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
Control Análogo - PID
Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
Control Digital - PWM Los parámetros fundamentales del PWM son el periodo (T) y el ciclo de trabajo (D). El ciclo de trabajo indica el tiempo que la función vale uno respecto al tiempo total (el periodo)
Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
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Elementos de un sistema de control
Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
Elementos de un sistema de control SENSOR: Un elemento primario es aquel que responde cuantitativamente a una medida, por ejemplo, un resorte responde a una fuerza según su elongación. TRANSMISOR: Son instrumentos que captan la variable medida a través de un sensor, y la convierten en una señal estándar para su transmisión, la cual es sólo función de la variable medida.
MEDIDAS ESTANDAR
Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
Conexión Transmisores Eléctricos
Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
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Controladores
Controladores y Transmisores Ing. John Jairo Piñeros
Existen fundamentalmente dos tipos de controladores, los continuos o de regulación y los secuenciales. Los controladores continuos están constantemente comparando el SP con la variable medida o variable del proceso (process value, PV) y generan un salida (output) que actúa sobre el elemento de acción final. TIPO COMUNES DE CONTROLDORES Proporcional (P), Proporcional –Integral (PI), proporcional –integral-derivativo (PID)
Control de caudal en una tubería
Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros
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Tipos de Diagramas Industriales (1) Diagrama de bloques: compuesto por cajas de texto unidas entre sí que indican la secuencia del proceso..
(2) Diagrama esquemático: igual que el anterior pero incluyendo algún dibujo que no sean cajas. (3) Diagrama en isométricas: muestra la disposición espacial de los equipos a escala y en representación isométrica. (4) Hoja de flujo de procesos (process flow sheet): muestra los balances de materia y energía. Las tuberías se denominan “corrientes” (“streams”). (5) P&ID (piping and instrument diagram): Al diagrama anterior se le añade toda la parte de instrumentación. Ahora las líneas corresponden a tuberías y se proporciona toda la información sobre las mismas: diámetro, nombre, material, fluido que transportan, aislamiento/calentamiento. (6) Isométricos: Son planos constructivos de una pequeña parte de la instalación. Sirven para indicar el trazado de las tuberías y, por tanto, construirlas físicamente. Ver este ejemplo.
Diagramas de Instrumentación Ing. John Jairo Piñeros
Diagrama de bloques
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Diagrama esquemático
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Diagrama en isométricas
Diagramas de Instrumentación Ing. John Jairo Piñeros
Hoja de flujo de procesos
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P&ID
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Isométricos
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Diagramas de Instrumentación y tuberías P&ID
Normativa para la designación de instrumentos. • Cada instrumento se debe identificar con un sistema de letras que lo
clasifique funcionalmente.
• La identificación del lazo al cual pertenece el instrumento se designa agregándole un número al sistema de letras.
• Generalmente este número es el mismo para todos los instrumentos que forman parte del mismo lazo de control.
• Ocasionalmente se le agrega un sufijo para completar la identificación del lazo.
• El número de identificación del instrumento (TAG) puede incluir información codificada para designar el área de la planta
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Designación de instrumentos.
ANSI: American National Standard Institute. ISA: Instrumentation, Systems and Automation Society - Normas ISA S5.1 - S5.3
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Líneas de instrumentación
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Designación Instrumentos y Válvulas
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Ejemplo instrumentos
Ejemplo: Lazo de control de presión
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Ejemplo P&ID Instrumentos • TT-301 (sensor de tª y transmisor). • TC-301 (controlador de tª).
• línea interna accesible al operario (sala de control).
• el setpoint no aparece selección manual. • PY-301 (convertidor de corriente a presión). • Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión
proporcional al caudal). Elementos finales • TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor). • FV-302 (válvula de salida de reactivo). • FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión). • TZ-301 (actuador neumático bucle de tª). Otros símbolos • Etiqueta de válvula de control de tª (TV-301). Bucle de control • Totalmente neumático. • FT-302 (transmisor de presión a presión
normalizada). • FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo). • FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario)
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Actividad 1
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
1. Identificar los instrumentos de los sistemas de control
2. Analizar el funcionamiento de los siguientes sistemas de control.
Ejercicio 1 1. Identificar los instrumentos del sistema de control
(llenar la hoja de Excel propuesta) 2. Analizar el funcionamiento de siguiente sistema
de control.
Notas: 1. Bloque matemático Fv: Flujo de vapor deseado Fe: Flujo de líquido de entrada : Calor sacado del vapor condensado C: Capacidad calorífica del líquido L/L: Compensador dinámico
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
Listado instrumentación Excel
Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros
LISTADO DE INSTRUMENTACION TAG NUMBER ELEMENTO VARIABLE DESCRIPCION SERVICIO SEÑAL TIPO I/O SISTEMA LOCALIZACIO
N
FT100 Transmisor Flujo Transmisor de flujo tipo vortex
Flujo de entrada al tanque 01-D-001 ELE DCS F
LIC100 Controlador Nivel Controlador electronico de nivel con indicador
Control e indicacion del nivel de liquido en 01-D-001 ELE AI/AO DCS CP
SEÑAL ELE ELECTRICA NEU NEUMATICA MEC MECANICA
TIPO I/O TIPO I/O AI ENTRADA ANALOGA DI ENTRADA DIGITAL AO SALIDA ANALOGA DO SALIDA DIGITAL
SISTEMA DCS DISPOSITIVO DE CONTROLDE SISTEMA ESD DISPOSITIVO DE EMERGENCIA DEL SISTEMA IND INDICADOR DEL SISTEMA
LOCALIZACION F CAMPO CP PANEL DE CONTROL CP2 PANEL DE CONTROL AUXILIAR
Ejercicio 2
Realizar el diagrama P&ID
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