Estructuras de Control en la Industria
Introducción a la programación Electrónica Industrial
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Diagramas de Flujo de Procesos (PFD), Diagramas de Procesos e Instrumentación (P&ID) y Diagrama de lazo de Instrumentación (ILD).
Diagrama de flujo de proceso (PFD)
El Diagrama de Flujo de Proceso (PFD), también conocido como diagrama de flujo, es utilizado principalmente por ingenieros químicos y de procesos para ilustrar procesos de alto nivel. Se comenzó a utilizar por el año 1920.
El PFD permite comprender un proceso, proporciona control de calidad y aumenta la eficiencia. Se utiliza para una comprensión de cómo funcionan los diferentes tipos de equipos y productos químicos en una planta industrial. Indica varias tareas y muestra cuales son repetibles para alcanzar un objetivo específico.
El PFD se realiza enfocado en los principales procesos de la planta, sin mostrar detalles menores.
En general se muestran solo aquellos equipos importantes como bombas, recipientes, columnas, calentadores, turbinas, etc., existentes en una planta industrial. No se incluyen detalles como líneas de drenaje, circuitos de control o líneas de derivación.
Una vez terminado, el PFD constará de:
Procesos de tuberías
Conexiones con otros sistemas
Equipamiento mayor
Válvula de control y otras válvulas importantes
Corrientes principales de derivación y recirculación
Datos operativos
Nombres de flujos y procesos Las normas
ANSI/ISA-5.1- 1984 (R1992) e ISA-5.3-1983 son las guías
generalmente más aceptables para desarrollar simbolismo para instrumentación y sistemas de control
ANSI/ISA-S5.1- 1984 (R 1992)
Diagramas de Proceso e Instrumentación (P&ID)
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Por su parte, los Diagramas de Proceso e Instrumentación (P&ID), brindan más detalles, que incluyen la instrumentación (instrumentos de flujo, temperatura presión, válvulas de seguridad de presión, medidores y válvulas de control), condiciones de enrutamiento de la tubería (distancia mínima, pendiente, flujo libre, etc.) y detalles de la tubería (tamaño, especificaciones, servicio, aislamiento, clasificación).
Además, para comprender los P&ID, es necesario contar con la hoja de leyenda que generalmente es proporcionada por el desarrollador del plano P&ID. La hoja de leyenda tiene toda la información como símbolos, terminología, etc. Por ejemplo:
Entre los detalles de la línea de procesos que no podemos ver en los P&ID, tenemos a los tipos y cantidad de conductores eléctricos utilizados, bloques de terminales, cajas de paso, rango de calibración de los instrumentos, los modos de fallo, las fuentes de energía eléctrica.
Para mayor nivel de detalle, se debe recurrir al Diagrama de Lazo asociado.
Diagrama de Lazo de Instrumentación (ILD).
Los ILD (Instrument Loop Diagram), son un conjunto de planos que agrupan en cada hoja, la información más importante del conexionado de las señales eléctricas.
Ejemplo 1:
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Veamos con un ejemplo como funcionan este tipo de diagramas. En la siguiente imagen podremos ver el plano ILD de la señal LT-104, correspondiente a un transmisor de nivel LT- 104.
Tal como pide la norma, el ILD se dibuja y se lee de izquierda a derecha.
En este esquema se puede ver todo el hardware (cables, terminales, tarjetas, etc.) que interviene para que la señal salga del instrumento LT-104 y llegue al PLC-001.
En el esquema anterior se puede apreciar todo el hardware (cables, terminales, tarjetas, etc.), que intervienen para que la señal salga del instrumentos LT-104 y llegue finalmente al PLC- 001.Se pueden realizar un plano por cada señal del proyecto, o agrupar todas las señales que PIT
LT
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corresponden a al mismo lazo de control en un único ILD.
Ejemplo 2:
A continuación el ILD representa el sistema de control automático de un compresor.
Podemos observar que en el esquema tenemos dos transmisores (FT-42 y PDT-42), un controlador (FIC-42), y una válvula (FV-42). Y también tenemos dos señales de provenientes de transductores. El transductor 42a modifica la señal del transmisor de flujo antes de ingresar al controlador, y el transductor 42b convierte la señal electrónica 4 – 20mA a una señal neumática (aire) a una presión entre 3 y 15 PSI. Cada “burbuja” o círculo de los instrumentos en el diagrama de lazo representa un dispositivo individual, con sus propios terminales para la conexión del cableado asociado.
Debemos darnos cuenta que las líneas punteadas o discontinuas ahora representan cables de cobre en vez de todos los cables. Los bloques de terminales donde el cableado se conecta es representado por cuadrados con números dentro de ellos. El número de cables, color de cableado, números de “junction blocks”, identificación de paneles, e incluso los puntos de aterramiento son todos mostrados en este tipo de diagramas. El único tipo de diagrama a un Una flecha hacia
arriba junto con un instrumento indica que el mismo es de acción directa.
Caso contrario es de acción inversa, tal como el siguiente ejemplo:
La fecha hacia abajo nos dice que la señal de salida será de 20mA a la presión cero, y de 4mA cuando toma el máximo de presión.
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más bajo nivel de abstracción que un diagrama de lazo sería un diagrama de esquemático electrónico para un instrumento individual, en el cual por supuesto solo mostraría detalles pertinentes respecto a ese único instrumento. Por lo tanto, el diagrama de lazo es la forma o documento más detallado de todo el sistema de control, y por tanto debe contener todos los detalles omitidos en los diagramas PFD y P&ID.
Ejemplo 3:
Se trata de la descripción de un proceso simple, donde el transmisor de flujo FT-100 envía una señal eléctrica al registrador de flujo (volumétrico) FR-100 ubicado en el panel. El dispositivo primario de medición del caudal es un tubo de Venturi.
En el lazo de temperatura TRC-101 el elemento final de control es una válvula TV-101, que se acciona con una señal neumática. El sensor TE-101 usa un capilar para enviar la señal de temperatura a TR-101. Las letras FO debajo del símbolo de la válvula indica que ésta se abre si el diafragma se rompe, o la señal de aire falla o si existe una condición similar. TS-101 es un interruptor para activar un TAL-101 (alarma por baja temperatura).
El elemento primario para medir el caudal del vapor es la placa orificio FE-102. Los transmisores de flujo FT-102 y presión PT-103, conectados ambos a la salida de la placa orificio, envían las señales neumáticas a los respectivos registradores FR-102 y PR-103.
TRC
La placa orificio y el tubo venturi se utilizan para la
medición de caudal:
Flujo (volumétrico) = Caudal
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ANEXO: Simbología de acuerdo a la norma ANSI:
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7 EJERCICIOS PROPUESTOS
Ejercicio 1:
Describa el lazo de instrumentación (ILD) mostrado a continuación. Utilice lo explicado en esta clase, el ANEXO y la norma ANSI correspondiente.
Ejercicio 2:
Ingrese a https://www.edrawmax.com/online/, y dibuje el Diagrama PFD que se muestra en la imagen (si le faltan componentes, reemplácelos por otros similares):
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8 EJERCICIO 5
A partir de la norma ANSI que aplica a este tipo de estructuras de control y los apuntes de clase, identifique y explique las características de funcionamiento de los elementos marcados en la siguiente imagen:
Ejercicio 6:
Interprete la siguiente imagen:
