Instrumentacion Virtual Industrial

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H en r y An t on io Men dibu r u Día z

IN STRU ME N TACIÓN

VIRTU AL

IN DU STRIAL

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IN STRU ME N TACIÓN VIRTU AL IN DU STRIAL

Derechos r eservados conforme a Ley Partida Registral N° 00768-2006

Asiento 01 , Expediente N° 001162-2006 INDECOPI PERÚ

(VERSIÓN E -BOOK)

Formato: 25x18cm, 180 páginas

No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni el almacenamiento en un sistema informático, ni la transmisión mediante cualquier medio electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otro, sin la autorización previa del titular del Copyright.

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Henry Antonio Mendiburu Díaz

INTRODUCCION

E n los ú lt im os a ñ os el con cept o de a u t om a t iza ción h a ido evolu cion a n do r á pida m en t e debido a qu e con ella se pu ede m ejor a r la s oper a cion es de u n pr oceso pr odu ct ivo, a dem á s de la ca lida d de los bien es pr odu cidos, garantiza n do a la s em pr esa s logr a r su s objet ivos con u n desem peñ o óptimo.

U n sist em a a u t om a t iza do est a con for m a do por elem en t os o in st r u m en t os, lo cu a les son u t iliza dos pa r a m edir va r ia bles física s, ejer cer a ccion es de control y transmitir señales. La automatiza ción br in da fa ct ibilida d pa r a la im plem en t a ción de fu n cion es de a n á lisis, opt im iza ción y a u t odia gn óst ico, a u m en t o en el r en dim ien t o de los equ ipos y fa cilida d pa r a in cor por a r nuevos equipos y sistemas de información.

Los a va n ces t ecn ológicos de los ú lt im os a ñ os h a n a bier t o posibilida des pa r a ca m bia r la est r u ct u r a r ígida de los sist em a s t r a dicion a les, por u n a est r u ct u r a flexible qu e se a poya en la s com pu t a dor a s, cir cu it os de a con dicion a m ien t o, t r a n sm isión de da t os, h a r dwa r e de a dqu isición de datos y software.

La in st r u m en t a ción vir t u a l lo con st it u ye el con ju n t o de soft wa r e y h a r dwa r e qu e a gr ega do a u n a P C, per m it e a los u su a r ios in t er a ct u a r con la computadora como si se estuviera utilizando un instrumento electrónico h ech o a l gu st o del clien t e. La s m edicion es y a ccion a m ien t os se r ea liza n sobr e el ca m po r ea l, per o los sist em a s de con t r ol, m eca n ism os, r egist r a dor es, y ot r os disposit ivos ser á n a dqu ir idos e in t er con ect a dos en el ca m po vir t u a l. La idea es su st it u ir y a m plia r elem en t os "h a r dwa r e" por otros "software",

E st e libr o es u n a in t r odu cción a la s n u eva s h er r a m ien t a s qu e per m it en la sim u la ción de in st r u m en t os loca les o r em ot os y la a dqu isición y pr ocesa do de señ a les, br in da n do la posibilida d de cr ea r desde volt ím et r os y osciloscopios, h a st a a lgor it m os gen ét icos y r edes in du st r ia les pa r a diver sa s a plica cion es en los ca m pos de la in gen ier ía , la m edicin a , la domótica, la educación, etc.

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INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL INDUSTRIAL

E n t r e los t em a s t r a t a dos en est e libr o t en em os u n a in t r odu cción a la in st r u m en t a ción in du st r ia l y a los pr ocedim ien t os de ca libr a ción de in st r u m en t os; dia gr a m a s, sím bolos y r epr esen t a cion es gr á fica s de instrumentación; sistemas de control automático, métodos y estrategias de con t r ol, sist em a s de a u t om a t iza ción ; gen er a lida des a cer ca de la in st r u m en t a ción vir t u a l, a dqu isición de da t os, digit a liza ción de señ a les, diseñ o de in st r u m en t os vir t u a les; r edes y com u n ica cion es in du st r ia les, pr ocesa m ien t o de da t os en t iem po r ea l, bu ses de com u n ica ción pa r a IV, h a r dwa r e y soft wa r e u t iliza do pa r a IV; a sí com o ejem plos de a plica cion es de instrumentación virtual.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 01

ÍNDICE 03

Capítulo I: INSTRUMENTACIÓN Y CALIBRACIÓN

1. Introducción a la instrumentación 07

1.1. Introducción 07

1.2. Características de los instrumentos 07

2. Introducción a la calibración 09

2.1. La calibración 09

2.2. Metrología 10

2.3. Patrones y trazabilidad 11

2.4. Calibración de instrumentos y patrones 11

3. Definiciones generales 12

4. Instrumentos industriales 16

4.1. Clasificación de los instrumentos industriales 16

4.2. Lazos de control 17 4.3. Acciones de control 19 5. Errores de medición 20 5.1. Tipos de error 21 6. Procedimientos de calibración 22 6.1. Procedimientos y recomendaciones 22

6.2. Normas ISO 17025 y ISO 9001 23

Capítulo II: SIMBOLOGÍA INDUSTRIAL

1. Introducción a la simbología industrial 25

2. Simbología de figuras 26

3. Simbología de líneas 29

4. Símbolos de válvulas y actuadores 30

5. Diagramas de instrumentación 33

6. Simbolismo de funciones 38

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Capítulo III: SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO

1. Definiciones básicas 42

2. Elementos de un sistema de control automático 43

3. Características del control 45

3.1. Modelamiento matemático 45

3.2. Análisis de un sistema 46

3.3. Características dinámicas 47

4. Métodos de control 47

4.1. Métodos de control clásico 47

4.2. Métodos de control moderno 48

4.3. Métodos de control avanzado 50

4.4. Controlador lógico programable (PLC) 52

5. Estrategias de control 55

6. Sistemas Scada 56

6.1. Elementos del sistema 57

7. Sistemas de automatización 59

7.1. Elementos de una instalación automatizada 60

7.2. Procesos de operación del sistema 62

Capítulo IV: INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL

1. Introducción a la instrumentación virtual 65

1.1. Generalidades 65

1.2. Instrumentación virtual frente a la convencional 67

2. Adquisición de datos 68

2.1. Etapas de la adquisición de datos 69

2.2. Acondicionamiento de señales 70

3. Digitalización de señales 72

3.1. Convertidor A/D D/A 72

3.2. Error de conversión 73

4. Diseño y selección de tarjetas DAQ 75

4.1. Tipos de tarjetas DAQ 75

4.2. Componentes de las tarjetas DAQ 76

5. Diseño de instrumentos virtuales 78

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Capítulo V: COMUNICACIONES Y TRANSMISIÓN DE DATOS

1. Redes industriales 85

1.1. Jerarquías de redes 85

1.2. Clasificación de las redes 86

1.3. Sistemas de control distribuido 87

2. Comunicaciones industriales 88

2.1. Generalidades 88

2.2. Modelo OSI 91

2.3. Protocolos de comunicación 92

3. Procesamiento de datos en tiempo real 98

3.1. Sistemas en tiempo real 98

3.2. Software para sistemas RT 100

3.3. Control en tiempo real 101

4. Bus de comunicaciones para instrumentación 102

4.1. Arquitectura ISA 103

4.2. Arquitectura PCI 103

4.3. Puerto USB 104

4.4. Puerto PCMCIA 104

4.5. Arquitectura CompactPCI (cPCI) 105

4.6. Arquitectura PC/104 105

4.7. Puerto serial y puerto paralelo 106

4.8. IEEE-488 GPIB 106

4.9. Bus VXI 108

4.10. Otras arquitecturas y buses 109

Capítulo VI: HARDWARE Y SOFTWARE PARA INSTRUMENTACIÓN VIRUAL

1. Hardware para instrumentación virtual 111

1.1. Computadoras industriales 111

1.2. Puertos de comunicaciones 115

1.3. Sensores y DAQs 120

1.4. Tarjetas de adquisición 123

1.5. Dispositivos adicionales 124

2. Software para instrumentación virtual 127

2.1. Cyber tools 127

2.2. DasyLab 129

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2.4. Matlab Simulink 139

2.5. Otros softwares para adquisición y procesamiento de datos 143

Capítulo VII: APLICACIONES DE INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL

1. Introducción 149

2. Adquisición y análisis de electrocardiogramas 150

3. Medidor virtual de energía eléctrica 151

4. Identificación de sistemas o procesos 152

5. Simulador de sistemas educativos 153

6. Implementación de un controlador PID 154

7. Desarrollo de filtros digitales 155

Anexo I: UNIDADES DEL SISTEMA DE MEDIDAS 157

Anexo II: CODIGOS ISA PARA INSTRUMENTACION 171

BIBLIOGRAFÍA 178

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Capítulo I

IN STRU ME N TACION Y

CALIBRACION

1. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION

1.1. INTRODUCCION

Los in st r u m en t os pu eden ser u t iliza dos pa r a m edir va r ia bles física s, ejer cer a ccion es de con t r ol m edia n t e elem en t os a ct u a dot es, t r a n sm it ir in for m a ción de u n pu n t o a ot r o, in t er pr et a r señ a les y m edia n t e a lgor it m os decidir el funcionamiento del sistema.

Los in st r u m en t os pu eden ser elem en t os eléct r icos, m ecá n icos, n eu m á t icos, h idr á u licos, elect r ón icos, u n a com bin a ción de est os, o in clu sive elem en t os activados manualmente.

Los instrumentos de medición pueden ser:

- Ciegos: Cu a n do n o t ien en n in gu n a in dica ción visible de la lect u r a tomada

- In dica dor es: Cu a n do per m it en visu a liza r a n a lógica o digit a lm en t e la lectura tomada

- Regist r a dor es: Cu a n do son ca pa ces de a lm a cen a r la in for m a ción medida generando un historial de datos.

- Tr a n sm isor es: Cu a n do son ca pa ces de en via r la s lect u r a s t om a da s hacia un punto remoto.

1.2. CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS

La s ca r a ct er íst ica s de los in st r u m en t os son a plica dos gen er a lm en t e a los in st r u m en t os de m edición , per o los in st r u m en t os a ct u a dor es t a m bién responden a las mismas características, estas son:

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Campo de Medida o Rango (Range)

E l r a n go es el con ju n t o de va lor es en la esca la de m edición den t r o de los lím it es su per ior e in fer ior , den ot a la ca pa cida d del equ ipo, pu ede expr esa r se en unidades físicas.

Alcance (Span)

E l spa n es la difer en cia a lgebr a ica en t r e los va lor es su per ior e in fer ior del rango del equipo.

Exactitud

La exa ct it u d es la ca pa cida d del in st r u m en t o pa r a a cer ca r se y poder m edir el va lor r ea l. E s el pa r á m et r o qu e r epr esen t a o den ot a cu a n do u n a lect u r a pu ede ser in cor r ect a , gen er a lm en t e se r epr esen t a com o u n por cen t a je de la esca la completa de lectura, o en términos de +/ las unidades del instrumento.

Precisión (Accuracy)

La pr ecisión es la ca pa cida d del in st r u m en t o pa r a poder in dica r el va lor r ea l. P r ecisión es u n t ér m in o qu e descr ibe el gr a do de division es qu e t ien e u n in st r u m en t o en la esca la , si la esca la se su bdivide en m a yor n ú m er o de division es, el in st r u m en t o podr á señ a la r de for m a m á s pr ecisa la m edición dada.

Zona Muerta Dead zone, dead band)

La zon a m u er t a es el in t er va lo de va lor es de la va r ia ble qu e n o h a ce va r ia r la in dica ción o la señ a l del in st r u m en t o, es decir qu e n o se pr odu ce respuesta alguna.

Umbral

E s el n ivel m ín im o n ecesa r io pa r a qu e el in st r u m en t o em piece a in dica r u n a medida, o para que empiece a ser registrado como un cambio.

Sensibilidad (Sensitivity)

La sen sibilida d est a da da por la r a zón en t r e el in cr em en t o de la lect u r a y el in cr em en t o de la va r ia ble qu e la oca sion a , despu és de h a ber a lca n za do el reposo.

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La r epet ibilida d es la ca pa cida d del in st r u m en t o de m edir o in dica r va lor idén t icos de la m ism a va r ia ble ba jo la s m ism a s con dicion es de fu n cion a m ien t o en todos los casos.

Resolución

La r esolu ción es la m ín im a su bdivisión de la esca la . A m a yor r esolu ción es instrumento será mas preciso.

Incertidumbre

La in cer t idu m br e den ot a la in exa ct it u d del in st r u m en t o o la t en den cia a l error que pueda tener.

Linealidad

La lin ea lida d es a qu ella r ect a qu e in dica el gr a do de pr opor cion a lida d en t r e la variable física y el valor medido, o entre la variable física y la acción ejercida.

Histéresis (Hysteresis)

La h ist ér esis es la difer en cia m á xim a qu e se obser va en los va lor es in dica dos por el in st r u m en t o pa r a u n m ism o va lor del ca m po de m edida , cu a n do la va r ia ble r ecor r e t oda la esca la en for m a a scen den t e y lu ego en for m a descendente.

2. INTRODUCCION A LA CALIBRACION

2.1. LA CALIBRACION

Calibr a ción es a qu el con ju n t o de oper a cion es con la s qu e se est a blece, en u n a s con dicion es especifica da s, la cor r espon den cia en t r e los va lor es in dica dos en el in st r u m en t o, equ ipo o sist em a de m edida , o por los va lor es r epr esen t a dos por u n a m edida m a t er ia liza da o m a t er ia l de r efer en cia , y los va lor es con ocidos cor r espon dien t es a u n a m a gn it u d de m edida o pa t r ón , a segu r a n do a sí la t r a za bilida d de la s m edida s a la s cor r espon dien t es u n ida des bá sica s del Sist em a In t er n a cion a l (SI) y pr ocedien do a su a ju st e o expr esa n do est a correspondencia por medio de tablas o curvas de corrección.

Ca libr a ción es sim plem en t e el pr ocedim ien t o de com pa r a ción en t r e lo qu e in dica u n in st r u m en t o y lo qu e "debier a in dica r " de a cu er do a u n pa t r ón de referencia con valor conocido.

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La ca libr a ción im plica u n a ju st e qu e lleve a la igu a lda d del va lor m edido y el pa t r ón de r efer en cia , o la in dica ción de u n fa ct or de cor r ección a ser a plica do matemáticamente luego de ejercida una medición.

Los patrones también deben ser calibrados por instituciones autorizadas, cada cier t o t iem po, est a s in st it u cion es em it en u n cer t ifica do de ca libr a ción qu e autoriza al patrón para ser utilizado para calibrar otros instrumentos.

E l con cept o de ca libr a ción est a r ela cion a do con el con cept o de verificación, se entien de est e ú lt im o com o el ch equ eo in t er n o en t r e ca libr a cion es, o la s pr u eba s pa r a com pr oba r el cor r ect o fu n cion a m ien t o de u n equ ipo despu és de un ajuste o un periodo prolongado de uso.

Cier t os equ ipos n o se pu eden ca libr a r o a ju st a r la lect u r a , per o si se pu ede ver ifica r su cor r ect a lect u r a , y se pu ede em it ir u n cer t ifica do de ver ifica ción , es cu a l in dica r á u n fa ct or de cor r ección a ser a plica do por el oper a dor en el m om en t o de r egist r a r u n a m edición . Se r ecom ien da a ju st a r dich o fa ct or de corr ección ú n ica m en t e pa r a los va lor es den t r o del á r ea de t r a ba jo del instrumento

E l cer t ifica do de ca libr a ción t a m bién pu ede ir a com pa ñ a do de u n certificado de con for m ida d, est e in dica qu e se h a cu m plido con n or m a s in t er n a cion a les y procedimientos estandarizados.

2.2. METROLOGIA

La Met r ología es la cien cia y el a r t e de m edir cor r ect a m en t e. Com o la s m edicion es son im por t a n t es en pr á ct ica m en t e t odos los pr ocesos pr odu ct ivos, su relevancia para la calidad es de suma importancia.

Medir "bien " n o es sólo m edir con cu ida do, o u t iliza n do el pr ocedim ien t o y los in st r u m en t os a decu a dos. Adem á s de lo a n t er ior , se t r a t a de qu e la s u n ida des de m edida sea n equ iva len t es y sea n igu a les en cu a lqu ier pa r t e del mundo y bajo las mismas circunstancias.

E st o se a segu r a cu a n do ca da pa ís t ien e u n a in fr a est r u ct u r a m et r ológica , com pa t ible y liga da con la s in fr a est r u ct u r a s m et r ológica s de ot r os pa íses, con sist en t e en la dispon ibilida d de la bor a t or ios don de se pu eda ca libr a r los instrumentos de medición.

La com pa t ibilida d en t r e pa íses se a segu r a m edia n t e in t er -comparaciones per iódica s, en la s cu a les u n det er m in a do pa t r ón de m edida es m edido sucesivamente por los diferentes laboratorios.

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2.3. PATRONES Y TRAZABILIDAD

P a r a ca libr a r u n in st r u m en t o o pa t r ón es n ecesa r io dispon er de u n o de m a yor pr ecisión qu e pr opor cion e el va lor con ven cion a lm en t e ver da der o qu e es el qu e se em plea r á pa r a com pa r a r lo con la in dica ción del in st r u m en t o som et ido a ca libr a ción . E st o se r ea liza m edia n t e u n a ca den a in in t er r u m pida y docu m en t a da de com pa r a cion es h a st a llega r a l pa t r ón , y qu e con st it u ye lo qu e llamamos trazabilidad.

La trazabilidad puede estar dada por una curva o por un cuadro comparativo.

2.4. CALIBRACION DE INSTRUMENTOS Y PATRONES

E l en vejecim ien t o de los com pon en t es, los ca m bios de t em per a t u r a y el est r és m ecá n ico qu e sopor t a n los equ ipos det er ior a poco a poco su s fu n cion es. La cor r ect a ca libr a ción de los equ ipos pr opor cion a la segu r ida d de qu e los productos o servicios que se ofrecen reúnen las especificaciones requeridas.

Los in st r u m en t os, sobr e t odo a qu ellos qu e sir ven pa r a la m edición de va r ia bles son ca libr a dos m edia n t e pa t r on es cer t ifica dos. A su vez los pa t r on es t a m bién son ca libr a dos m edia n t e pa t r on es cer t ifica dos per o m u ch o m á s precisos.

E l t en er u n in st r u m en t o ca libr a do n o sign ifica qu e est e fu n cion a "bien ". Sign ifica sola m en t e qu e la difer en cia en t r e lo qu e el in st r u m en t o in dica y "lo que debiera indicar" es conocida.

E s posible t r a ba ja r con u n pa t r ón a n t igu o qu e pr esen t e u n er r or gr a n de, siem pr e qu e el cer t ifica do de ca libr a ción lo a pr u ebe y a plica n do el fa ct or de cor r ección a decu a do. P or ot r o la do si se cu en t a con u n pa t r ón n u evo per o qu e n o t ien e su cor r espon dien t e cer t ifica do de ca libr a ción , est e n o ser á con fia ble puesto que no hay una institución que garantice su correcta indicación.

Los cer t ifica dos qu e t ípica m en t e vien en con los equ ipos n u evos son en gen er a l de m u y poco va lor com o a segu r a m ien t o de la s ca r a ct er íst ica s m et r ológica s del in st r u m en t o. E s siem pr e r ecom en da ble ca libr a r los equ ipos de im por t a n cia pa r a la ca lida d de la pr odu cción , a u n sí est os son nuevos.

Una buena calibración debe buscar los siguientes objetivos:

- Mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos - Responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad - Garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas.

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3. DEFINICIONES GENERALES

ACCE SIBLE : E st e t ér m in o se a plica a u n disposit ivo o fu n ción qu e pu ede ser u sa do o vist o por u n oper a dor con el pr opósit o de su per visa r el desem peñ o de la s a ccion es de con t r ol (com o por ejem plo ca m bios en el set -poin t , set eo automático / manual, encendido / apagado, etc.)

AGENTE DE CONTROL: Material o energía del proceso que afecta el valor de la va r ia ble con t r ola da y su ca n t ida d es r egu la da por el elem en t o fin a l de control.

ALARMA: E s u n disposit ivo o fu n ción qu e det ect a la pr esen cia de u n a con dición a n or m a l, y la m a n ifiest a m edia n t e u n a señ a l a u dible y/o lu m in osa , con el fin de atraer la atención.

ASIGNABLE : E st e t ér m in o se a plica a u n a ca r a ct er íst ica qu e per m it e el ca m bio (o dir ección ) de u n a señ a l de u n disposit ivo a ot r o sin la n ecesida d de la activación de un switch o algún otro elemento.

AU TORRE GU LACIÓN : Ca r a ct er íst ica in h er en t e del pr oceso la cu a l lleva a una condición de equilibrio sin la intervención de un control automático.

BANDA P ROP ORCIONAL: La ga m a de va lor es a t r a vés de los cu a les la va r ia ble con t r ola da debe ca m bia r pa r a ca u sa r qu e el elem en t o fin a l de con t r ol se mueva de un extremo a otro.

BINARIO / DIGITAL: Tér m in o a plica do a u n a señ a l o disposit ivo qu e t ien e solo dos posicion es o est a dos discr et os (0/1, on /off, a pa ga do/en cen dido, bajo/alto).

BOARD: Tér m in o en in glés el cu a l se in t er pr et a com o sin ón im o de pa n el .

BU RBUJ A: Sím bolo cir cu la r u sa do pa r a den ot a r e iden t ifica r el pr opósit o de u n in st r u m en t o o fu n ción . P u ede con t en er u n a et iqu et a con u n n ú m er o. Ta m bién es lla m a do ba lón .

CIRCU ITO DE CON TROL: E s u n sist em a den t r o del cu a l u n cier t o va lor en m a gn it u d debe ser m a n t en ido den t r o de lím it es, pr eest a blecidos. U n cir cu it o de control (LOOP) puede ser manual o automático.

CON F IGU RABLE : Tér m in o a plica do a u n disposit ivo o sist em a cu ya s características funcionales pueden ser seleccionadas a voluntad del usuario.

CON TROLADOR: Disposit ivo en ca r ga do de r egu la r u n a va r ia ble o señ a l de m a n er a especifica da por el pr oceso, pu ede ser a u t om á t ica m en t e o manualmente.

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CONVERTIDOR: Es aquel dispositivo que recibe una señal de un instrumento de det er m in a da m a n er a y la r et r a n sm it e de u n a m a n er a difer en t e. Ta m bién conocido como transductor.

DE TRÁS DE L P ANE L: E st e t ér m in o se r efier e a la posición de u n in st r u m en t o, el cu a l h a sido m on t a do en u n pa n el de con t r ol, per o n o es normalmente accesible al operador.

DISP OSITIVO COMP U TABLE : Disposit ivo o fu n ción qu e em plea u n o o m á s cá lcu los u oper a cion es lógica s, t r a n sm it ien do u n o o m á s r esu lt a dos a la s señales de salida.

E F E CTO P E LTIE R: Cu a n do u n a cor r ien t e eléct r ica es pa sa da por a t r a vés de dos m et a les difer en t es, en u n sen t ido el ca lor es a bsor bido y la u n ión en fr ia da y en el sen t ido opu est o el ca lor es liber a do est e efect o es r ever sible, es decir , si la unión se calienta o enfría se genera una fem. en uno u otro sentido.

E F E CTO TH OMP SON : E n u n m et a l h om ogén eo se a bsor be ca lor cu a n do u n a corriente eléctrica fluye en un sentido y se libera calor cuando fluye en sentido con t r a r io. E st e efect o es r ever sible de m odo qu e se gen er a u n a fem . en u n o u otro sentido si hay un gradiente de temperatura en un metal homogéneo.

E LE ME N TO F IN AL DE CON TROL: Disposit ivo qu e con t r ola dir ectamente los valores de la variable manipulada en un lazo de control.

E LE ME N TO P RIMARIO: E s u n disposit ivo en ca r ga do de r ecoger señ a les de campo, conocido como sensor.

E STACIÓN DE CON TROL: Am bien t e físico en don de se en cu en t r a n los controladores y desde donde se supervisa el funcionamiento de estos.

E STACIÓN MAN U AL-AU TO: Tér m in o em plea do com o sin ón im o de est a ción de control.

F LU IDO DE ME DICIÓN: U n flu ido o en er gía qu e lleva la señ a l pr odu cida en el elem en t o pr im a r io o u n r ecept or , qu e pu ede ser u n in dica dor , u n registrador, un transmisor, etc.

FUNCIÓN: Propósito o lógica que debe cumplir un dispositivo de control

IDE N TIF ICACIÓN : Secu en cia de let r a s y/o dígit os, u sa dos pa r a señ a la r u n instrumento en particular o un lazo.

IN STRUME N TACIÓN : Colección de in st r u m en t os o su s a plica cion es con el fin de observar mediciones, control, o cualquier combinación de estos.

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LAZO: Com bin a ción de u n o o m á s in st r u m en t os o fu n cion es de con t r ol qu e señ a la n el pa so de u n o a ot r o con el pr opósit o de m edir y/o con t r ola r la s variables de un proceso.

LOCAL: E s la loca liza ción de u n in st r u m en t o qu e n o est a n i den t r o n i sobr e un panel o consola, ni esta en un cuarto de control.

LUZ PILOTO: Es una luz que indica las condiciones normales de un sistema o dispositivo.

MEDIDA: Determinación de la existencia o magnitud de una variable

MON ITOR: Tér m in o gen er a l pa r a u n in st r u m en t o o sist em a de in st r u m en t os u sa dos pa r a la m edición o con ocer la m a gn it u d de u n a o m á s va r ia bles con el pr opósit o de em plea r la in for m a ción en det er m in a do m om en t o. Algu n a s veces significa analizador, indicador, alarma.

MON TADO E N P ANE L: Tér m in o a plica do a u n in st r u m en t o qu e est a m on t a do sobr e u n pa n el o con sola y es a ccesible pa r a u n oper a dor en u so normal.

P AN E L: E st r u ct u r a qu e t ien e u n gr u po de in st r u m en t os m on t a dos sobr e ella . El panel puede consistir de una o varias secciones, cubículos, consolas.

P AN E L LOCAL: Qu e n o est a en u n pa n el cen t r a l, los pa n eles loca les est á n comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o sub-áreas.

P LC (Con t r ola dor Lógico P r ogr a m a ble): E s u n t ipo de con t r ola dor , el cu a l es programable, y usualmente usado para control secuencial.

POSICIONES: Acción del controlador en el cual el elemento final de control es m ovido de u n a de la s posicion es fija s a la ot r a a va lor es det er m in a da s de la variable controlada.

P ROCE SO: E s cu a lqu ier oper a ción o secu en cia de oper a cion es qu e in volu cr en u n ca m bio de en er gía , com posición , dim en sión , u ot r a s pr opieda des qu e pueden referirse a un dato.

P ROGRAMA: Secu en cia r espet a ble de a ccion es qu e defin en el n ivel de la s sa lida s sigu ien do u n pa t r ón ba sa do en la r ela ción en t r a da -sa lida , ba sa do en los requerimientos del sistema.

P U N TO DE AJ U STE : E s el va lor de la va r ia ble con t r ola da qu e se desea mantener y es ajustado mecánicamente o por otro medio.

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PUNTO DE P RUE BA: P r oceso de u n a con exión el cu a l n o est a per m a n en t em en t e con ect a do, su con exión es sola m en t e t em por a l o intermitente a un instrumento.

RE LAY: Disposit ivo cu ya fu n ción es pa sa r in for m a ción sin a lt er a r la o solo m odifica r la en det er m in a da for m a . E s u sa do pa r a r efer ir se a equ ipos de cómputo.

SE N SOR: Disposit ivo qu e ca pt a o det ect a el va lor de u n a va r ia ble del pr oceso, y emite una salida correspondiente al valor leído.

SE Ñ AL DE CON TROL: Ta m bién lla m a da sa lida del con t r ola dor , es u n a m a gn it u d en pr esión , cor r ien t e o volt a je, obt en ida com o r esu lt a do de u n a operación en el controlador.

SET-P OIN T: P u n t o de r efer en cia qu e se desea logr a r por pa r t e de la va r ia ble que se esta controlando.

SWITCH : Disposit ivo qu e con ect a , descon ect a , seleccion a , o t r a n sfier e u n o o más circuitos de un punto a otro.

TRAN SDUCTOR: Disposit ivo qu e r ecibe in for m a ción en for m a de señ a l física , transformándola o convirtiéndola en una señal eléctrica.

TRAN SMISOR: Disposit ivo qu e r ecibe la señ a l del sen sor y la t r a n sm it e h a cia u na unidad remota.

VÁLVU LA DE CON TROL: E s u n a vá lvu la a ccion a da m a n u a l o a u t om á t ica m en t e en ca r ga da de ejecu t a r la t a r ea r egu la dor a or den a da por el controlador.

VARIABLE CON TROLADA: E s u n a va r ia ble de pr oceso qu e es m edida y/o controlada por un sistema de control.

VARIABLE MAN IP U LADA: E s a qu ella qu e r ecibe la a cción de con t r ol, y cu ya va r ia ción per m it e m a n t en er en el va lor desea do a la va r ia ble qu e se desea con t r ola r . Va r ia ble del a gen t e de con t r ol qu e se oper a por el elem en t o fin a l de control y directamente cambia la energía del proceso.

VARIABLE S DE P ROCE SO: Cu a lqu ier pr opieda d qu e pu eda va r ia r du r a n t e el proceso, y que intervienen directamente en el desempeño del mismo.

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4. INSTRUMENTOS INDUSTRIALES

Los in st r u m en t os in du st r ia les son t odos a qu ellos disposit ivos eléct r icos, m ecá n icos, elect r ón icos, n eu m á t icos, h idr á u licos qu e son u t iliza dos en u n a m bien t e in du st r ia l com o pa r t e de u n pr oceso pr odu ct ivo, cu yo u so per m it e el desarrollo de las acciones de control.

Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:

Sensar o captar una variable Acondicionar una variable dada Transmitir una variable

Controlar una variable

Indicar la magnitud de una variable Totalizar una variable

Registrar una variable Convertir una variable

Manifest a r u n a a la r m a con r espect o a la m a gn it u d de u n a variable

Interrumpir o permitir una secuencia dada Transmitir una señal

Amplificar una señal

Manipular una variable del proceso, etc.

4.1. CLASIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS INDUSTRIALES

Los instrumentos industriales se pueden clasificar de la siguiente manera:

Por su aplicación: Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Electrónicos Electromecánicos Mixtos Transductores Amplificadores Indicadores Analizadores Estación de operador Estación de control Estación de transferencia Relevador de cálculo.

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Por su localización:

Instalados en campo Instalados localmente

Instalados en tablero principal Instalados remotamente.

Por su tecnología:

Sistemas discretos

Sistemas de control digital directo Sistemas de supervisión

Sistemas de control supervisorio

Sistemas de control supervisorio y adquisición de datos Sistemas de control distribuido

Sistemas de control avanzado Sistemas de control adaptables Sistemas expertos.

4.2. LAZOS DE CONTROL

U n la zo de con t r ol cer r a do est a con for m a do por u n elem en t o pr im a r io de m edición (sen sor ), u n elem en t o fin a l de con t r ol (a ct u a dor ), el con t r ola dor , y el proceso que se desea controlar.

Los in st r u m en t os in du st r ia les com o los sen sor es y a ct u a dor es se dict a m in a n de acuerdo a la variable del proceso que se esta controlando.

Elemento Primario de Medición

E l elem en t o pr im a r io de m edición o sen sor , es a qu el qu e det ect a el va lor de sa lida ósea es la por ción de los m edios de m edición qu e pr im er o u t iliza o t r a n sfor m a la en er gía del m edio con t r ola do. P u eden ser elem en t os eléct r icos, mecánicos, electrónicos, o una combinación de varios

Los sen sor es pu eden ser ú n ica m en t e in dica dor es si n o t r a sm it en n in gu n a señal hacia otro dispositivo.

E l t ipo de sen sor depen de de la va r ia ble del pr oceso. E n t r e los elem en t os pr im a r ios de m edición m á s com u n es pa r a los pr ocesos de n ivel, t em per a t u r a , presión, y flujo son:

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INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL INDUSTRIAL Nivel De boya Capacitivo Inductivo Diferenciales de presión Para sólidos Para líquidos Temperatura Termómetros bimétalicos

Termómetros de vástago de vidrio Pirómetros de radiación ópticos Pirómetros de radiación infrarrojos Indicadores pirometricos

Termómetros de cristal de cuarzo Sistemas termales Termopares Resistencias eléctricas Presión Tubo Bourdon Columnas Diferenciales Diafragmas Fuelles Cápsulas Campanas Flujo Tubo pifot Magnético Turbina Bomba dosificadora Tubo venturi Derramadores Tubo de Dali Tubo de Gentile Rotámetro Annubar Placa de orificio Tarjet Remolino Vortex

Elemento Final de Control

E l elem en t o fin a l de con t r ol o a ct u a dor , es a qu el qu e r ecibe u n a señ a l (eléct r ica , m ecá n ica , n eu m á t ica , et c.) del disposit ivo con t r ola dor , lo in t er pr et a y ejer ce u n a t a r ea qu e t ien e por objet ivo elim in a r el er r or y cu m plir con la s tareas de control propias del proceso que se lleve a cabo.

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Los actuadores más comunes son: Válvulas Pistones Motores Relés Contactores Bobinas Controlador

El controlador es un instrumento utilizado para corregir los desvíos existentes en t r e el va lor m edido por u n sen sor y el va lor desea do o set poin t , pr ogr a m a do por u n oper a dor ; em it ien do u n a señ a l de cor r ección h a cia el actuador.

Los controladores pueden ser del tipo: manual, neumático ó digitales; así como la s com pu t a dor a s con t a r jet a s de a dqu isición de da t os y los P LC (Controladores Lógicos Programables).

Proceso

E l t ér m in o pr oceso, pa r a los fin es de con t r ol sign ifica el equ ipo a a u t om a t iza r en don de se est a biliza la va r ia ble de con t r ol, a t r a vés de los sen sor es, actuadores y controladores.

4.3. ACCIONES DE CONTROL

Las acciones con las que responde un controlador pueden ser de dos tipos:

Directa

La acción directa considera un que si la variable aumenta, la salida aumenta. P or ejem plo: Se t ien e u n t a n qu e de a gu a cu yo n ivel se desea m a n t en er en la m it a d (t ien e u n a en t r a da de a gu a con st a n t e), pa r a ello se a br e o se cier r a u n a vá lvu la de sa lida de a gu a , la a cción dir ect a su gier e qu e a m edida qu e el n ivel de a gu a a u m en t a , la vá lvu la de sa lida debe a u m en t a r el ca u da l del a gu a , por tanto abrirse.

Inversa

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P or ejem plo: Se t ien e u n t a n qu e de a gu a cu yo n ivel se desea m a n t en er en la m it a d (t ien e u n a sa lida de a gu a con st a n t e), pa r a ello se a br e o se cier r a u n a vá lvu la de en t r a da de a gu a , la a cción in ver sa su gier e qu e a m edida qu e el n ivel de a gu a a u m en t a , la vá lvu la de en t r a da debe dism in u ir el ca u da l del agua, por tanto cerrarse

N o t odos los sist em a s cu en t a n con elem en t os pa r a m edir t oda s la s va r ia bles que intervienen en el proceso, así tenemos:

Sistemas Abiertos

Son aquellos que no verifican o rectifican la salida del proceso, esto se refiere a qu e en est os t ipos de sist em a s ú n ica m en t e va n a con t r ola r la s difer en t es variables antes del proceso o durante si.

Por ejemplo el proceso de transporte de cajas de un punto a otro mediante una fa ja t r a n spor t a dor a , se con t r ola qu e in gr esen ca ja s a la fa ja con u n a sepa r a ción en t r e ella s pr edet er m in a da , y se a su m e qu e dich o elem en t o sa ldr á por el otro extremo del conductor.

Sistemas Cerrados

Son a qu ellos sist em a s en don de el a pa r a t o de con t r ol ver ifica la sa lida del proceso. Para este tipo de sistemas se tiene más control sobre el proceso. P or ejem plo el pr oceso de ca len t a m ien t o de u n a su st a n cia den t r o de u n eva por a dor , se ver ifica la t em per a t u r a con la qu e en t r a y con la qu e sa le la sustancia.

Los sistemas cerrados se clasifican en 2 tipos:

Sist em a s Cer r a dos de P r ea lim en t a ción .- Son a qu ellos sist em a s don de el elem en t o pr im a r io de m edición se en cu en t r a in st a la do a n t es de en t r a r a l proceso y el medio que estamos controlando.

Sist em a s Cer r a dos de Ret r oa lim en t a ción .- Son a qu ellos sist em a s en don de el elem en t o pr im a r io de m edición , se en cu en t r a en la sa lida del pr oceso y el medio que se esta controlando.

5. ERRORES DE MEDICIÓN

E l er r or de m edición es la in exa ct it u d pr odu cida a l com pa r a r u n a m a gn it u d con su pa t r ón de m edida . E s la difer en cia a lgebr a ica en t r e el va lor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de variable medida.

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1. P r opios del sist em a : E l sist em a pr esen t a r u ido y/o ot r os fa ct or es in t er n os que alteran las medidas del sensor o las acciones del elemento de control.

2. P or pa t r on es fa lsos: Se pr esen t a cu a n do se h a ca libr a do los sen sor es con patrones alterados y por tanto estos informan una lectura equivocada.

3. Ruidos Exteriores: Se deben a perturbaciones del medio ambiente (ondas de r a dio, efect os elect r om a gn ét icos). Todos los ca bles de in st r u m en t a ción son blin da dos y t or cidos pa r a r edu cir la in flu en cia ext er n a a l m ín im o en la s ca ja s de conexión así como problemas de mala conexión a tierra.

4. Tiem po de Respu est a : La m a yor ía de los in st r u m en t os de m edición est á n ca libr a dos pa r a qu e t r a ba jen com o sist em a s de 2° or den cr it ico (sist em a elect r om ecá n ico), la con st a n t e de t iem po del sist em a , la m a yor ía de la s variables físicas se calibran para tiempo critico pero aun así tienen atraso.

5.1. TIPOS DE ERROR

Error Angular o de Linealidad

Apa r ece en el cen t r o de la ga m a cu a n do la s lect u r a s son cier t a s a l pr in cipio y al final de la escala.

Error Dinámico

Difer en cia en t r e el va lor in st a n t á n eo de la va r ia ble y el va lor leído por el instrumento y es afectado por las condiciones dinámicas del proceso.

Error Estático

E r r or obt en ido cu a n do el pr oceso est a en r égim en per m a n en t e y la va r ia ble medida no cambia su valor.

Error Lineal o de Cero

Es constante a lo largo de la escala. Existe un off-set en el instrumento.

Error sistemático.

Este er r or se or igin a esen cia lm en t e por u n a deficien t e ca libr a ción del instrumento en relación al patrón.

Error de apreciación

Se gen er a en el m om en t o de obser va r o r ecoger la m edida . Mien t r a s m á s pequeña sea la menor división de su escala menor será el error de apreciación.

Error accidental

Originado por factores accidentales o aleatorios entre los cuales se encuentran la s im pr ecision es de m a n ipu la ción del oper a dor qu e h a ce la m edición o factores ajenos al instrumento.

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6. PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACION

6.1. PROCEDIMIENTOS Y RECOMENDACIONES

Cu a n do el in st r u m en t o se ca libr a con t r a u n in st r u m en t o de r efer en cia , su exa ct it u d m ost r a r á si est a fu er a o den t r o de la s lim it es de exa ct it u d, si el in st r u m en t o est a den t r o del lim it e de m edición , el ú n ico cu r so de a cción r equ er ido es r egist r a r los r esu lt a dos de ca libr a ción en la h oja de con t r ol del inst r u m en t o y pon er lo en fu n cion a m ien t o h a st a el sigu ien t e per iodo de calibración.

Documentación de los sistemas de medición y su calibración

Todos los sist em a s de m edición y ca libr a ción im plem en t a dos deben est a r docu m en t a dos, en el ca so de pequ eñ a s com pa ñ ía s t oda in for m a ción r eleva n t e debo est a r con t en ida den t r o de u n m a n u a l, m ien t r a s qu e para u n a em pr esa gr a n de es a pr opia do t en er volú m en es sepa r a dos cu br ien do pr ocedim ien t os corporativos y por áreas.

Registro de los Instrumentos

Se debe t en er u n r egist r o sepa r a do pa r a ca da in st r u m en t o del sist em a don de se especifique como mínimo.

- Su número de serie.

- El nombre de la persona responsable para su calibración. - La frecuencia de calibración requerida.

- La fecha de la última calibración. - Resultados de la calibración.

El contenido mínimo de un Certificado de Calibración debe ser:

- Identificación del equipo calibrado

- Identificación de los patrones utilizados y garantía de su trazabilidad - Referencia al procedimiento o instrucción de calibración utilizado - Condiciones ambientales durante la calibración

- Resultados de la calibración

- Incertidumbre asociada a la medida - Fecha de calibración

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Recolección de datos

Cu a n do se pr ocede a r ecolect a r da t os r efer en t es a m edicion es es n ecesa r io r egist r a r fa ct or es ext er n os com o h u m eda d, t em per a t u r a , a lt u r a sobr e el n ivel del m a r , r u ido ext er n o, et c., debido a qu e en la m edida de lo posible dich a s con dicion es a m bien t a les deben ser r epr odu cida s en el la bor a t or io de ca libr a ción pa r a qu e dich o in st r u m en t o se com por t e de m a n er a sim ila r a su entorno de trabajo habitual y cotidiano.

Recomendaciones

- Se r ecom ien da ela bor a r u n pr ocedim ien t o de ca libr a ción est a n da r iza do pa r a t oda s la s á r ea s de la em pr esa , pa r a lo cu a l es preferible seguir estándares y normas aprobadas internacionalmente. - Se r ecom ien da n om br a r u n en ca r ga do gen er a l pa r a t oda la em pr esa , y

est e ser á el r espon sa ble de ela bor a r u n cr on ogr a m a pa r a ca libr a ción de instrumentos y patrones.

- Se r ecom ien da ca da cier t o t iem po ver ifica r a lea t or ia m en t e a cier t os equ ipos cr ít icos pa r a com pr oba r si sigu en ca libr a dos, de n o ser el ca so se debe r ea ju st a r el pla zo en t r e ca libr a ción y ca libr a ción pa r a dich o instrumento.

- Se r ecom ien da qu e los cer t ifica dos de ca libr a ción , cer t ifica dos de ver ifica ción y docu m en t os de r egist r o de in st r u m en t os se a gr u pen junto a los manuales del mismo instrumento.

6.2. NORMAS ISO 17025 y ISO 9001

La ISO (In t er n a t ion a l St a n da r ds Or ga n iza t ion ) es la Or ga n iza ción In t er n a cion a l pa r a la E st a n da r iza ción . F u e cr ea da en 1946 y est á con st it u ida por institutos nacionales de estandarización (normalización) de países grandes y pequ eñ os, in du st r ia liza dos y en desa r r ollo, de t oda s les r egion es del m u n do. La ISO desa r r olla volu n t a r ia m en t e n or m a s y r ecom en da cion es qu e con t r ibu yen a qu e el desa r r ollo, la fa br ica ción y el su m in ist r o de pr odu ct os y ser vicios sea n m á s eficien t es, segu r os y lim pios. E st e va lor a ñ a dido h a ce qu e el com er cio en t r e los pa íses sea m á s fá cil y equ it a t ivo. La s n or m a s ISO t a m bién sir ven pa r a sa lva gu a r da r los der ech os de los con su m idor es y usuarios.

La n or m a ISO 9001 est a or ien t a da m á s cla r a m en t e a los r equ isit os del sist em a de gest ión de la ca lida d de u n a or ga n iza ción . Con la fin a lida d de pr om over el a segu r a m ien t o de la ca lida d en los la bor a t or ios den t r o de la U n ión E u r opea (U E ) se llegó a l est a blecim ien t o de la n or m a E N 45001 (ISO 17025)

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Características y requerimientos ISO 9001:

- Tr a za bilida d de la s m edida s y con ocim ien t o de la in cer t idu m br e de dicha medida

- Estructura y organización de actividades de laboratorio

- Ca lifica ción y com pet en cia del per son a l Iden t ifica ción del per son a l clave

- Esquema de aprobación, firmas (y sellado)

- Utilización del equipo de medida, prueba y calibración - Informe de resultados

Las aportaciones de ISO 17025 y que la diferencian de ISO 9001 son:

- Requerimientos más prescriptivos

- Factores que promuevan independencia en la medida

- Designar personal técnico y gerencia competente en temas de calidad - Aspectos de confidencia y protección de propiedad intelectual

- Requ isit os con m a yor a lca n ce específico pa r a eva lu a r Iden t ifica r y definir metodología para asegurar consistencia de la calibración - Requ isit os de a m bien t e y pla n t el físico en don de se r ea liza n la m edida

y la calibración

- Aspect os de or ga n iza ción , sa n ida d y lim pieza en la s pr em isa s de actividades

- Requ isit os específicos pa r a segr ega r , m a n t en er , m a n ipu la r y almacenar

- Medida y t r a za bilida d a pa t r on es de ca libr a ción r econ ocidos (in t er n a cion a lm en t e) y ext en der a m edida , pr u eba s y en sa yos segú n sea apropiado

- Metodología consistente para pruebas, ensayos y calibración

- Da t os e in for m a ción r eleva n t e a los r equ er im ien t os con t r a ct u a les (de cliente regulatorio y esquema industrial)

- Controles estrictos sobre procesos y actividades - Registros de los aspectos previamente indicados

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Capítulo II

SIMBOLOGIA IN DU STRIAL

1. INTRODUCCION A LA SIMBOLOGÍA INDUSTRIAL

Los sím bolos son r epr esen t a cion es gr á fica s de la r ea lida d, con el objet ivo de qu e dich os sím bolos sea n con ocidos por t odo m u n do se cr ea n n or m a s y estándares.

Todos los dia gr a m a s de con t r ol de pr ocesos est á n com pu est os de sím bolos, iden t ifica cion es y lín ea s, pa r a la r epr esen t a ción gr á fica de idea s, con cept os y a pa r a t os in volu cr a dos en el pr oceso; a su vez, descr iben la s fu n cion es a desempeñar y las interconexiones entre ellos. Estos símbolos e identificaciones son u sa dos pa r a a yu da r a entender el pr oceso y pr opor cion a r in for m a ción acerca del mismo.

E l sim bolism o es u n pr oceso a bst r a ct o en el cu a l la s ca r a ct er íst ica s sa lien t es de los disposit ivos o fu n cion es son r epr esen t a dos de for m a sim ple por figu r a s geom ét r ica s com o cír cu los, r om bos, t r iá n gu los y ot r os pa r a escr ibir ca r a ct er es com o let r a s y n ú m er os iden t ifica n do la u bica ción y el t ipo de in st r u m en t o a ser utilizado.

E s com ú n en la pr á ct ica pa r a los dia gr a m a s de flu jo de in gen ier ía om it ir los sím bolos de in t er con exión y los com pon en t es de h a r dwa r e qu e son r ea lm en t e n ecesa r ios pa r a u n sist em a de t r a ba jo, pa r t icu la r m en t e cu a n do la simbolización eléctrica interconecta sistemas.

Los pla n os de in st r u m en t a ción , ya sea n n eu m á t icos, eléct r icos, digit a les, et c. est á n n or m a liza dos pa r a u n a cor r ect a in t er pr et a ción de ca da u n o de ellos., ca da pla n o r epr esen t a u n pr oceso in dividu a l, el con ju n t o de pla n os representará el sistema industrial.

Los t a m a ñ os ópt im os de los símbolos pu eden va r ia r depen dien do en don de o n o es r edu cido el dia gr a m a y depen dien do el n ú m er o de ca r a ct er es seleccion a dos a pr opia da m en t e a com pa ñ a dos de ot r os sím bolos de ot r os equ ipos en u n dia gr a m a . U n pla n o pu ede lleva r sím bolos pr opios a jen os a la s nor m a s, per o se r ecom ien da u n a leyen da explica t iva pa r a fa cilit a r la r á pida comprensión del plano por parte de personas externas.

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2. SIMBOLOGIA DE FIGURAS

U n globo o cír cu lo sim boliza a u n in st r u m en t o a isla do o in st r u m en t o discr et o, para el ca so don de el cír cu lo est a den t r o de u n cu a dr a do, sim boliza u n in st r u m en t o qu e com pa r t e u n displa y o u n con t r ol. Los h exá gon os se u sa n pa r a design a r fu n cion es de com pu t a dor a . P a r a t er m in a r el los con t r oles lógicos pr ogr a m a bles P LC's se sim boliza n con u n r om bo den t r o de u n cuadrado. Instrumento Discreto

Display Compartido, Control Compartido Función de computadora Control Lógico Programable

Los sím bolos t a m bién in dica n la posición en qu e est á n m on t a dos los in st r u m en t os. Los sím bolos con o sin lín ea s n os in dica n est a in for m a ción . La s líneas son variadas como son: una sola línea, doble línea o líneas punteadas.

Montado en Tablero Normalmente accesible al operador Montado en Campo Ubicación Auxiliar. Normalmente accesible al operador. Instrumento Discreto o Aislado

Display compartido, Control compartido.

Función de Computadora

Control Lógico Programable

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La s lín ea s pu n t ea da s in dica n qu e el in st r u m en t o est a m on da do en la pa r t e posterior del panel el cual no es accesible al operador.

Instrumento Discreto Función de Computadora Control Lógico Programable

E l Cír cu lo se u sa pa r a in dica r la pr esen cia de u n in st r u m en t o y com o elem en t o descr ipt or ; com o sím bolo de u n in st r u m en t o r epr esen t a , el con cept o de un dispositivo o función.

Circulo como instrumento

Círculo como identificador

La localización del instrumento en la planta se indica dibujando:

Ninguna línea para instrumentos montados en planta (o campo) U n a lín ea sólida dividien do el cír cu lo pa r a in st r u m en t os m on t a dos en paneles de salas de control (de fácil acceso para el operador).

U n a lín ea en t r ecor t a da dividien do el cír cu lo pa r a in st r u m en t os m on t a dos det r á s de pa n eles o ga bin et es (de fá cil a cceso pa r a el operador).

PI 1

FV 2

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U n a lín ea sólida doble dividien do el cír cu lo pa r a in st r u m en t os montados en paneles auxiliares o secundarios.

Lín ea s en t r ecor t a da s dobles dividien do el cír cu lo pa r a in st r u m en t os montados detrás de paneles secundarios

Instrumento en el campo

Instrumento montado en panel

Instrumento montado detrás del panel

Instrumento montado en panel auxiliar

Instrumento montado detrás de panel auxiliar

PI

1 PI

1 FY

3 PI

1

FY 4

(31)

3. SIMBOLOGÍA DE LÍNEAS

La sim bología de lín ea s r epr esen t a la in for m a ción ú n ica y cr it ica de los dia gr a m a s de in st r u m en t a ción y t u ber ía s. La s lín ea s in dica n la for m a en qu e se in t er con ect a n los difer en t es in st r u m en t os a sí com o la s t u ber ía s den t r o de un lazo de control.

La s lín ea s pu eden in dica r difer en t es t ipos de señ a les com o son n eu m á t ica s, eléctricas, ópticas, señales digitales, ondas de radio etc.

Conexión a proceso, enlace mecánico, o alimentación de

instrumentos.

Señal indefinida

ó

USA Internacional Señal Eléctrica

Señal Hidráulica

Señal Neumática

Señal electromagnética o sónica (guiada)

Señal electromagnética o sónica (no guiada)

Señal neumática binaria

ó

Señal eléctrica binaria

Tubo capilar

Enlace de sistema interno (software o enlace de información)

Enlace mecánico

(32)

Se su gier en la s sigu ien t es a br evia t u r a s pa r a r epr esen t a r el t ipo de alimentación (o bien de purga de fluidos):

AS Alimentación de aire. ES Alimentación eléctrica. GS Alimentación de gas. HS Alimentación hidráulica. NS Alimentación de nitrógeno. SS Alimentación de vapor. WS Alimentación de agua.

4. SÍMBOLOS DE VÁLVULAS Y ACTUADORES

VÁLVULAS

Símbolos para válvulas de control

Compuert a Ángulo

Mariposa

Obturador rotativo o válvula de bola

Tres vías _{Cuatro vías}

Globo

Diafragma

ACTUADORES

Símbolos para actuadores.

(33)

Diafragma con muelle, posicionador y válvula piloto y válvula que presuriza el diafragma al actuar.

Preferido

Opcional

Motor rotativo

Cilindro sin posicionador u otro piloto

Simple acción Doble acción

Preferido para cualquier cilindro

Actuador manual _{Electrohidráulico}

Solenoide

Para Válvula de alivio o de seguridad

Acción del actuador en caso de fallo de aire (o de potencia)

Abre en fallo

(34)

Abre en fallo a vías A-C y D-B

Se bloquea en fallo

Posición indeterminada en fallo

Actuadores representados mediante cuadrados:

Representación de un actuador de selenoide

Representación de un actuador de pistón

Representación de un actuador de pistón de doble

acción Representación de un a ctuador electrohidraúlico s H E

(35)

Representación de un actuador no convencional

Representación de un posicionador para válvula

Indicador de función

5. DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN

EJEMPLO DE REPRESENTACION DE ALGUNOS PROCESOS

X

FY 5

(36)

DIAGRAMA UNIFILAR

E s u n dia gr a m a qu e a gr u pa la sim bología de for m a s y lín ea s, qu e expr esa la secuencia que sigue el proceso. Se construye colocando los instrumentos de del sist em a en u n a a lin ea ción ver t ica l. E s com ú n coloca r en el pr opio dia gr a m a las señales de entrada y salida de cada instrumento.

Ejemplo del diagrama unificar para un proceso de control de temperatura:

EJEMPLO DE DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN

Diagrama de instrumentación de un proceso de control de flujo de agua

E n est a pla n t a se con t r ola el flu jo de a gu a , qu e pa sa por u n a t u ber ía , m edia n t e u n a vá lvu la pr opor cion a l, u n sen sor m ide el flu jo a ct u a l y u n con t r ola dor P ID se en ca r ga de la s a ccion es de con t r ol, a dicion a lm en t e se cuenta con un registrador de datos.

(37)

Una bomba proporciona el caudal de agua que pasa primero por un rotámetro qu e in dica el flu jo de a gu a , lu ego pa sa por el sen sor de flu jo, y fin a lm en t e por la válvula proporcional que regula el flujo de agua.

E l con t r ola dor cier r a el la zo con la s señ a les del sen sor , y da la or den a la válvula

FI Indicador de flujo

FE Sensor de flujo

FIC Controlador e indicador de flujo

FR Registrador de flujo

I/P Transductor de corriente a presión

(38)

Dia gr a m a de in st r u m en t a ción de u n pr oceso de con t r ol de pr esión den t r o de un tanque:

E n ést a pla n t a se con t r ola la pr esión de a ir e en el in t er ior de u n t a n qu e. E l a ir e de a lim en t a ción pa sa por u n r ot á m et r o, y lu ego pa sa por la vá lvu la proporcional n eu m á t ica qu e r egu la la pr esión de a ir e de a lim en t a ción qu e in gr esa a l t a n qu e. U n sen sor de pr esión in dica la pr esión de a ir e en el in t er ior del t a n qu e. E l con t r ol es por r ea lim en t a ción n ega t iva , con u n la zo PID.

FI Indicador de flujo

PE Sensor de presión

PIC Controlador e indicador de presión

PR Registrador de presión

I/P Transductor de corriente a presión

(39)

Dia gr a m a de in st r u m en t a ción de u n pr oceso de con t r ol en ca sca da de u n reactor exotérmico:

El control en cascada consta de dos mallas de control retroalimentadas una de los cu a les es in t er ior a la ot r a . E n u n a m a lla in t er n a se t ien e el con t r ol de n ivel den t r o del r ea ct or , y en la m a lla ext er n a se t ien e el con t r ol de temperatura del reactor.

LT Transmisor de nivel

LIC Controlador e indicador de nivel

TT Transmisor de temperatura

TIC Controlador e indicador de temperatura

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6. SIMBOLISMO DE FUNCIONES

E l sim bolism o u t iliza do pa r a det er m in a r a lgu n os bloqu es de fu n cion es para cada instrumento se presentan a continuación.

E st os sím bolos pu eden r epr esen t a r por ejem plo los a lgor it m os im plem en t a dos vía soft wa r e en u n a com pu t a dor a , de est e m odo u n in st r u m en t o vir t u a l pu ede r epr esen t a r se m edia n t e fu n cion es m a t em á t ica s y ser leído en u n pla n o de instrumentación.

Los con t r ola dor es P ID, P LC, N eu r onales, etc., por lo gen er a l t r a en est os bloqu es pa r a ser im plem en t a dos den t r o de su s pr ogr a m a s, la u t iliza ción de est os sím bolos a yu da a en t en der la lógica de pr ogr a m a ción segu ida por qu ien desarrollo el programa.

(41)

7. IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS

La iden t ifica ción de los sím bolos y elem en t os debe ser a lfa n u m ér ica , los n ú m er os r epr esen t a n la u bica ción y est a blecen el la zo de iden t ida d, y la codificación alfabética identifica al instrumento y a las acciones a realizar.

Especificaciones según Instrumental Society of America (ISA) :

LETRA PRIMERA LETRA LETRA SUCESIVA

VARIABLE MEDIDA MODIFICADO FUNCIONES PASIVAS Ó LECTURAS DE SALIDA FUNCIONES DE SALIDA MODIFICADAS A Análisis (composición) Alarma, Emergencia B Combustión C Conductividad, Concentración Regulación (ON OFF) Control D Densidad, Peso Especifico Diferencial E Voltaje Sensor F Flujo Fracción G Dispositivo de visión H Mano (acción

manual) Alarma de alta

I Corriente Eléctrica Indicación (indicador)

K Tiempo Razón del cambio de

(42)

tiempo

L Nivel Luz Alarma de baja

M Humedad Intermedio ó

Medio

N Libre a elección Libre a elección

O Orificio,

restricción

P Presión Punto de prueba

ó conexión

Q Cantidad Integrado, _Totalizado

R Radiación Registro

S Velocidad,

Frecuencia Seguridad Interruptor T Temperatura Transmisor

U Multivariable Multifunción Multifunción Multifunción

W Peso (fuerza) Pozo

V Vibración o Análisis

Mecánico Válvula

X Libre a elección Eje X Libre a elección Libre a

elección Libre a elección Y Evento, Estado, Presencia Eje Y Relé, Computadora Z Posición, Dimensionamiento Eje Z Actuador, Manejador

Algunos ejemplos: FE Sensor de flujo LR Registrador de nivel TI Indicador de temperatura MC Controlador de humedad

EH Alarma de voltaje alto

FIC Controlador Indicador de flujo

FY Relé de Flujo

PY Relé de presión

PDI Indicador Presión Diferencial LAH Nivel con Alarma de Alta

TIC Controlador Indicador de Temperatura PDC Controlador Presión Diferencial

TV Válvula de Temperatura

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Algunos ejemplos de símbolos gráficos y letras ISA:

(44)

Capítulo III

SISTE MAS DE CON TROL

AUTOMATICO

1. DEFINICIONES BÁSICAS

CONTROL : Acción ejercida con el fin de poder mantener una variable dentro de un rango de valores predeterminados.

SISTE MA DE CON TROL : Con ju n t o de equ ipos y com pon en t es, qu e van a permitir llevar a cabo las operaciones de control.

OP E RACION E S DE CON TROL : Con ju n t o de a ccion es qu e bu sca n m a n t en er u n a va r ia ble den t r o de pa t r on es de funcionamiento deseados.

CON TROL AU TOMÁTICO : E s el desa r r ollo de la a cción de con t r ol, sin la participación directa de un ser humano (operario).

SISTE MA DE CON TROL AU TOMÁTICO : Con ju n t o de elem en t os (sen sor , a ct u a dor , con t r ola dor y pr oceso) qu e for m a n pa r t e de u n pr oceso pr odu ct ivo in du st r ia l y qu e va n a fu n cion a r independientemente de la acción del hombre

AU TOMÁTICO : E s t odo a qu ello qu e se m u eve, r egu la , y oper a , por sí solo, independiente del medio que lo rodea.

AU TOMATIZACIÓN : Con sist e de u n sist em a de con t r ol a u t om á t ico, por el cu a l el sist em a ver ifica su pr opio fu n cion a m ien t o, efect u a n do mediciones y correcciones sin la interferencia del ser humano.

SISTE MA DE AU TOMATIZACIÓN : Con ju n t o de equ ipos, sist em a s de in for m a ción , y pr ocedim ien t os qu e va n a per m it ir a segu r a r u n desem peñ o in depen dien t e del pr oceso, a t r a vés de oper a cion es de control y supervisación.

SU P E RVISIÓN Y MON ITORE O : E s el pr oceso de lect u r a de va lor es de la s diver sa s va r ia bles del pr oceso, con el objet ivo de iden t ifica r el estado en el que se viene desarrollando el proceso en un tiempo actual.

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2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO

E l sist em a de con t r ol va a a ct u a r in depen dien t e del oper a r io y va a det er m in a r por sí m ism o los m ejor es va lor es pa r a la s señ a les de con t r ol. Para ello se con t a r á con u n a referencia, qu e es u n va lor da do por el oper a r io, est e valor es fijo y depende del tipo de proceso y de las exigencias que este amerite; es con ocido com o set -poin t , est e va lor es el qu e se desea a lca n za r y mantener.

CON TROLADOR : E s a qu el in st r u m en t o qu e com pa r a el va lor m edido con el va lor desea do, en ba se a est a com pa r a ción ca lcu la u n er r or (difer en cia en t r e va lor m edido y desea do), pa r a lu ego a ct u a r a fin de cor r egir est e er r or . Tien e por objet ivo ela bor a r la señ a l de con t r ol qu e per m it a qu e la va r ia ble controlada corresponda a la señal de referencia.

Los con t r ola dor es pu eden ser de t ipo m a n u a l, n eu m á t ico, elect r ón ico; los con t r ola dor es elect r ón icos m á s u sa dos son : com pu t a dor a s con t a r jet a s de a dqu isición de da t os, P LC (con t r ola dor es lógicos pr ogr a m a bles), microcontroladores (PIC).

E l t ipo de con t r ola dor m á s com ú n es el P LC, el cu a l es u n equ ipo elect r ón ico ba sa do en m icr opr ocesa dor es, h a ce u so de m em or ia s pr ogr a m a bles y regrabables (RAM), en don de se a lm a cen a n in st r u ccion es a m a n er a de a lgor it m os qu e va n a per m it ir segu ir u n a lógica de con t r ol. Con t ien e in t er fa ces qu e le per m it en m a n eja r gr a n n ú m er o de en t r a da s y sa lida s t a n t o analógicas como digitales.

ACTUADOR : E s a qu el equ ipo qu e sir ve pa r a r egu la r la va r ia ble de con t r ol y ejecu t a r la a cción de con t r ol, es con ocido com o elem en t o fin a l de con t r ol, est os pueden ser de 3 tipos :

ACTUADOR CONTROLADOR PROCESO SENSOR Referencia Perturbaciones Variable de salida