Control de Procesos
Control de Procesos
Proceso
• El término proceso utilizado en “control de procesos” o “procesos industriales”, se refiere a cambiar o refinar materias primas para lograr un producto final.
• Ejemplos de procesos industriales
– Industrias químicas – Petróleo y gas
– Alimentos y bebidas
Control de Procesos
• El controlar un proceso, se refiere a como se controlan variables inherentes al mismo para:
– Reducir la variabilidad del producto final
– Incrementar la eficiencia
– Reducir impacto ambiental
– Mantener el proceso dentro de los límites de
seguridad que corresponda
Control de Procesos
• El controlar un proceso, se refiere a como se controlan variables inherentes al mismo para:
– Reducir la variabilidad del producto final
– Incrementar la eficiencia
– Reducir impacto ambiental
– Mantener el proceso dentro de los límites de
El lazo de control
• Un lazo de control requiere la ocurrencia
de tres tareas: – Medida
– Comparación – Ajuste
• Variable de proceso
– Son aquellas que pueden cambiar las condiciones de un proceso
• Setpoint
– Valor al que se desea mantener una variable de proceso
• Variable medida
– Es aquella que se desea mantener estable
• Variable manipulada
• Offset
– Es una variación constante de la variable de
proceso, respecto del setpoint.
• Variación de carga
– Es un cambio no deseado en algún factor que
pueda afectar la variable de proceso.
• Algoritmo de control
– Es la expresión matemática de una función
Componentes del lazo de control
• Elemento primario o sensor
– Es el primer elemento en un lazo de control el cual mide la variable de proceso.
• Trasductor
– Convierte una señal física en una eléctrica
• Convertidor
– Convierte una señal de un dominio en otro
• Transmisor
Señales
• En procesos industriales existen tres tipos de señales para transmitir información
– Neumáticas (3 – 15 psi)
• Cambios en la presión de aire de una cañería, proporcionales a las variaciones de magnitud medida.
• Se siguen utilizando en aplicaciones particulares – Analógicas (4 – 20 mA), (1 – 5 V)
• La forma de transmisión mas común desde los años 1960.
• Digitales
– Señales de niveles discretos que combinados
de forma particular representan la magnitud de las variables del proceso
– La metodología utilizada para combinar las señales digitales, se denomina protocolo.
– Los protocolos de comunicacion pueden ser estándar o
Indicadores
• Son dispositivos leíbles por los humanos que
muestran información del proceso • Pueden ser analógicos o digitales, simples o
Controladores
• Es un dispositivo que recibe los datos del instrumento de medida, lo compara con el dato de setpoint programado, y si es
necesario ordena al elemento de control que genere una acción correctiva.
• Pasaron de neumáticos y analógicos monolazo a:
– CDS
• PLC (Programmable Logic Controller)
– Básicamente una computadora conectada a dispositivos de entradas y salidas, analógicas y digitales. Responden a señales de entrada con señales de salida que intentan mantener el/los valores de setpoint.
• DCS (Distributed Control System)
– Además de realizar las funciones de control, proveen lecturas del estado del proceso, mantienen bases de
datos, manejan HMIs
• IED (Intelligent Electronic Device)
• Dispositivo Corrector o Elemento final de
control.
– Es quien actúa físicamente para cambiar la variable manipulada. Ej. Válvula
• Actuador
Simbología ISA
• La ISA (Instrumentation, System and Automation Society), es una de las más importantes organizaciones de
estandarización en el campo del control de procesos.
Los círculos representan instrumentos de medida
individuales. Ej. Sensor, transmisor, etc.
El instrumento se encuentra ubicado en una localización
primaria o principal. Ej. Sala de control
El instrumento se encuentra ubicado en una localización
secundaria. Ej. Módulo “Rack” de instrumentación
El instrumento no se encuentra accesible
Un cuadrado con un círculo interno, representa instrumentos que muestran información y realizan acciones de control
Un hexágono representa dispositivos con capacidades de cómputo. Ej. controladores
Idem Anterior
El siguiente símbolo indica PLCs
Los siguientes símbolos representan válvulas con sus respectivos tipos de actuador
Actuador Neumático
Actuador Manual
Actuador Eléctrico
Cañerías y conexiones
cañería
señal eléctrica
señal neumática
conexión de intercambio de datos
Identificación
• La primer letra indica la variable medida
– T (temperatura) – F (Flujo)
• La segunda letra indica la función del dispositivo
– T (transmisor) – E (sensor)
– I (indicador)
• La tercer letra es un modificador o indica
multifunción (función del dispositivo)
Ejemplo
FIC 123
instrumento que muestra información
en sala de control F Flow
El número representa una etiqueta, frecuentemente relacionada con
un lazo de control particular
SENSORES
Tipos:
* Sensores de contacto
* Sensores digitales
* Sensores analógicos
* Sensores mecánicos
Control Manual
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES.
La automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.
Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de producción y mejorando la calidad de la misma.
Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los
trabajos penosos e incrementando la seguridad.
Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
Mejorar la disponibilidad de los producto, pudiendo proveer las
cantidades necesarias en el momento preciso.
Simplificación de las labores de mantenimiento.
Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.
UN SISTEMA AUTOMATIZADO CONSTA DE DOS PARTES PRINCIPALES.
PARTE OPERATIVA
PARTE DE CONTROL
Sensores.
Accionadores y preaccionadores.
Suele ser un PLC (Controlador Lógico Programable), quien es el centro del sistema y éste es capaz de comunicarse con todos los elementos del sistema automatizado mediante dos tecnologías:
Tecnología cableada.
CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (PLC)
PLC como cerebro de un proceso. Sistema automatizado.
DIAGRAMA DE BLOQUES QUE ILUSTRA LA INSTALACIÓN DE UN PLC EN UN PROCESO PARA SU CONTROL.
Sensores Entradas Salidas
Actuadores PROCESO PLC
PLC programaciónLenguaje de
Programación Prueba Documentación
Esquema de funciones Lista de instrucciones Esquema de contactos
Grafica secuencial Control
VENTAJAS DE LOS PLC´s
DESVENTAJAS DE LOS PLC´s
Ocupan menor espacio.
Lenguaje de programación sencillo.
Mantenimiento sencillo.
Incorporan facilidades de comunicación.
Se debe evitar la proximidad de este con aparatos generadores de vibraciones
y choques.
Se debe evitar la proximidad de este con aparatos generadores de excesivas
temperaturas, por lo cual es necesario utilizar sistemas de ventilación ( natural o forzada).
Metalurgia y siderurgia.
APLICACIONES DE LOS PLC´s.
Mecánica y automóvil.
Industria química.
Industria petrolífera.
Industria agrícola y alimentaría.
Transporte.
En Procesos de fabricación en cadena como embotellado, embalaje,
etiquetado, pesaje y dosificación.
SCADA
MONITOREO A GRANDES DISTANCIAS
Front-end de comunicaciones RTU RTU RTU
Instrumentación de campo Consolas de operación
LAN.
Modem
Medios y protocolos de comunicación
Un SCADA proviene de las siglas Supervisory Control And Data
Adquisitiones: es un sistema basado en computadores que permite supervisar
NECESIDAD DE UN SISTEMA SCADA.
Características que promueven la necesidad de un sistema SCADA:
El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto.
El proceso está geográficamente distribuido.
La información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo.
La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas.FUNCIONES DE UN SCADA.
Aplicaciones en general, basadas en la información obtenida por el sistema, tales como: reportes, gráficos de tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, etc.
Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos).
Ejecutar acciones de control iniciadas por el operador, tales como: abrir o cerrar válvulas, arrancar o parar bombas, etc.INTEGRACIÓN DE SISTEMAS EMPRESARIALES
Es el paso siguiente a los procesos de automatización de las industrias y sus procesos de producción con los procesos de gestión de la empresa, originado por la integración de los sistemas de información.
Estaciones de trabajo, aplicaciones en red, planificación de producción. Nivel de gestión.
PLC´s, PC´s, controladores, Nivel de control
Transmisores, actuadores, sensores. Nivel de campo
y proceso.
PRODUCCIÓN PLANTA GESTIÓN DE MATERIALES PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN FINANZAS MANTENIMIENTO Y SERVICIO Requerimiento de materiales Requerimientos de mantenimiento. Respuesta de mantenimiento. Suministro de materiales
Objetivos en costos
de producción Producción
Planificación Capacidad de producción
A continuación se ilustra un DFI desarrollado para cada una de las unidades de producción de una planta de producción.
