Introducción
La instrumentación es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.
El instrumento más conocido y utilizado es el reloj, el cual nos sirve para controlar el uso eficaz de nuestro tiempo.
En otras palabras, la instrumentación es la ventana a la realidad de lo que está sucediendo en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación para actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder de forma correctiva.
La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico dela ciencia actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la automatización es solo posible a través de elementos que puedan censar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que actué sobre el sistema para obtener el resultado previsto.
Norma ISA
Normas ISA aplicadas a Proyectos de Instrumentación Industrial
ISA-S5.2 “Binary Logic Diagrams for Process
Operations”
» Objetivo
El objetivo de esta norma es proveer un método de diagramación lógica de entrelazado y secuencia binaria para el arranque de sistemas, operación, alarma , parada de equipos y procesos en la industria química, petrolera, de generación de potencia, acondicionamiento de aire, refinación de minerales y otras numerosas industrias.
Esta norma intenta facilitar el entendimiento de sistemas binarios, y mejorar la comunicación entre el personal técnico, gerencial, de diseño, operacional y de mantenimiento que tiene que ver con el sistema.
» Alcance
La norma provee símbolos, básicos y no-básicos, para funciones de operación binarias. El uso de los símbolos en sistemas típicos es ilustrado en el apéndice.
La norma está pensada para simbolizar las funciones de operación binaria de un sistema de manera que pueda ser aplicado a cualquier clase de hardware, ya sea electrónico, eléctrico, neumático, hidráulico, mecánico, manual, óptico, u otro.
» Uso de los símbolos
Usando los símbolos designados como básicos, los sistemas binarios pueden ser descritos con sólo el uso de los más fundamentales bloques lógicos. Los símbolos restantes, no básicos, son más comprensivos y permite diagramar más concisamente los sistemas lógicos. El uso de los símbolos no básicos es opcional.
Un diagrama lógico puede ser más o menos detallado dependiendo de la intención de su uso. La cantidad de detalle en el diagrama lógico depende del grado de refinamiento lógico, si la información incluida es auxiliar, esencialmente no lógica.
Un ejemplo de refinamiento del detalle: un sistema lógico puede tener dos entradas opuestas, por ejemplo, un comando para abrir y un comando para cerrar que normalmente no existen simultáneamente, el diagrama lógico puede o no puede hasta ahora especificar la salida si ambos comandos existen al mismo tiempo, además, se pueden agregar al diagrama las notas explicativas para aclarar la razón de la lógica.
Este ejemplo usa un proceso representativo cuyos instrumentos están denotados por los símbolos de la norma ISA-S5.1-1973 y no son parte de la norma S5.2
» Ejemplo
Si el flujo del aire se pone alto durante 4 segundos abra el respiradero y accione la alarma, inicie la calefacción con los calentadores comenzando por el este hacia el oeste durante 2 segundos , apague durante 1 segundo y encienda de nuevo durante 4 segundos sin tener en cuenta si el flujo del aire permanece alto mientras esto está ocurriendo, si el calentador comienza a calentar por el oeste enciéndalo durante 30 segundos, apague durante 18 segundos y prenda durante 40 segundos solo si el flujo del aire permanece alto mientras esto está ocurriendo
Si el flujo de aire se sostiene durante 10 segundos detenga el soplador auxiliar si está corriendo.
Si el flujo de aire no continuo alto por más tiempo cierre el respiradero, y permita que el soplador auxiliar se reinicie y reset la alarma.
ISA-S5.3 “Graphic Symbols for Distributed
Control/Shared Display Instrumentation, Logic and
ISA-S5.4 “Instrument Loop Diagrams”
» Introducción
» Alcance
» Contenido
» Requerimientos
ISA-S5.5 “Graphic Symbols for Process Displays”
» Introducción
» Grupo de símbolos
• Contenedores Tanques y Separadores. • Eléctricos.
• Filtros.
• Dispositivos de Transferencia de Calor. • Calentadores y Aire Acondicionados. • Manipulación de Materiales.
• Mezcladores.
• Equipos Recíprocos o de Intercambio • Equipos Rotatorios.
• Limpiadores y Precipitadores. • Separadores.
• Válvulas y Actuadores.
Norma SAMA
Asociación Estadounidense de fabricantes de aparatos científicos (SAMA por sus siglas en inglés) de símbolos y diagramas funcionales que se emplean para las funciones block y las designaciones de funciones. Son empleadas para ayudar en procesos industriales donde la simbología binaria es extremadamente útil. De acuerdo con la norma SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), PMC20, las características de los instrumentos son los siguientes.
Campo de medida o Rango: valores comprendidos dentro del límite superior e
inferior de la capacidad de medida.
Alcance (spam): diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del
campo.
Error: diferencia algebraica entre el valor leído y el valor real. Puede ser estático o
dinámico.
Precisión: tolerancia de medida del instrumento, define los límites de los errores
cuando el instrumento esta en condiciones normales de servicio. Ésta varía en cada punto del campo de medida. Los fabricantes incluyen un factor de seguridad P. E. en fábrica se calibra 0.8%, inspección 0.9%, 1% al usuario.
Zona muerta: valores que no hacen variar la indicación o señal de salida, no
producen respuesta.
Sensibilidad: razón de movimiento lineal o angular del indicador, al cambio en la
variable medida.
Repetibilidad: Es la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una
medición, de un mismo valor de la variable real en una única dirección de medición.
Histéresis: Similar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso de medición se
efectúa en ambas direcciones.
Campo de medida con supresión a cero: Es aquel rango del instrumento cuyo
valor mínimo se encuentra por encima del cero real de la variable.
Campo de medida con elevación a cero: Es aquel rango del instrumento cuyo
valor mínimo se encuentra por debajo de cero de la variable.
» Propósito
Diagramas funcionales de control para la industria de la energía son a menudo conoce como diagramas de Sama. Se basan en símbolos y convenciones de
diagramas desarrollados por el
Scientific Apparatus Makers Association (SAMA).
Ellos se utilizan para describir y documentar las estrategias de control y sistemas diseñados para aplicaciones de calderas industriales y de servicios públicos. Aunque es similar en concepto a los diagramas de ISA, hay diferencias significativas entre los dos métodos diagramas de sistemas de control. SAMA PMC 22.1-1981
estándar Diagramas funcionales de sistemas de instrumentos y control ya no se admite por SAMA o cualquier otro comité de normalización. Se prevé, sin embargo, que los símbolos y convenciones contenidas en esta norma se siguen utilizando para el futuro previsible. El propósito de este documento es describir los símbolos básicos y unos pocos de las muchas variaciones de estos símbolos que han evolucionado con los años. Estos diagramas SAMA se utilizan en la Moore Siemens serie de aplicaciones de control de la caldera notes. Therefore, un general comprensión de los diagramas es útil para efectivamente utilizar las notas de aplicaciones.
» Destacados
SAMA diagramas representan el idioma de su elección a través de las industrias de la energía y de la pulpa y el papel para la instrumentación y sistemas de control. Este documento muestra y explica los siguientes tipos de símbolos, incluyendo variaciones y ejemplos de su aplicación.
• Los símbolos de gabinete
• Los símbolos señal de continuación • Los símbolos de procesamiento de señal.
» Símbolos
La figura 1 muestra un bucle de control de flujo simple usando tanto ISA y los diagramas de Sama. Sólo el símbolo para el transmisor de flujo (FT) es idéntico en ambos casos.
El diagrama de ISA muestra una representación muy simbólica del flujo que indica controlador (FIC). El diagrama proporciona una SAMA más diagrama de bloques detallado de la proporcional más integral (PI) controlador con los ajustes nominales y manual y auto / interruptor de transferencia manual. Las versiones SAMA e ISA también utilizar diferentes símbolos para representar la válvula de control de flujo (FCV).
Un diagrama de SAMA utiliza varios tipos de símbolos recinto como se muestra en la Tabla 1 para representar los diversos elementos o las funciones del sistema de control. el recinto símbolos están ligados entre sí por los símbolos de continuación muestran en la Tabla 2. La Tabla 3 muestra el procesamiento de la señal muchos símbolos utilizados para describir las funciones dentro de cada uno recinto. El uso de la mayoría de estos símbolos será bastante obvia después de leer unos cuantos diagramas SAMA. Es importante darse cuenta, sin embargo, que muy pocos diseñadores se adhieren estrictamente a la norma SAMA, y no es raro ver a leve variaciones en los símbolos que se muestran aquí.
» Variaciones
PID Controller La función fundamental de la mayoría de los bucles de control PID es el controlador. PID representa el proporcional más integral más el algoritmo de control derivativo. La figura 2 muestra cuatro variaciones del símbolo que se utiliza para describir este algoritmo en los diagramas de Sama.
El controlador PID generalmente tiene dos entradas que representan la variable de proceso (PV) a ser controlada y el valor de consigna (SP) valor en el que se desea mantener el PV. La controlador calcula la diferencia (), o de control de error, entre estas dos señales y genera una salida a conducir a la PV SP. Dependiendo del número de control modos especificados, la salida del controlador es proporcional (P) a la magnitud del error, la integral (I) del error, el derivado (D) del error, o varias combinaciones de estas tres funciones. Las figuras 2A muestra el símbolo SAMA clásica para un PID controlador utilizando los símbolos matemáticos para la estas funciones. Los recintos rectangulares indican que estas señales y las funciones se
procesan automáticamente. Figura 2B simplemente P, I y D sustituye al estándar símbolos matemáticos. Figura 2C simplifica el dibujo del símbolo mediante la combinación de la P, I, D y funciones dentro de un rectángulo único. La Figura 2D muestra la estructura real de la norma Siemens Moore implementación del algoritmo PID. En esta forma, el modo de derivado es una función de un cambio en variable de proceso en lugar de un cambio en el error de control. Esta evita un derivado de "patada" en los cambios de consigna. en la mayoría casos, sin embargo, no es necesario hacer esta distinción en la elaboración de un diagrama de SAMA.
» Lazo de control individual
El esquema fundamental único lazo de control incluye un medición del proceso, un controlador PID con ajuste transferencia de consigna y auto / manual, y un elemento de control final tal como una válvula de control o mecanismo de accionamiento. Figura 3 muestra tres variaciones de la colección de símbolos se utiliza para describir el control de bucle único en los diagramas de Sama. La Figura 3A muestra el diagrama de SAMA clásico para un solo control de bucle que utiliza un controlador PI. Los tres diamantes acoplan entre sí representan el punto de ajuste ajustable (de izquierda A), el manual de salida ajustable (derecha A), y el auto / manual del interruptor de transferencia (T). Los recintos en forma de diamante indicar que se trata de todas las funciones manuales realizadas por un operador. La ubicación de
estas funciones en el diagrama es probablemente simbólica de los diseños de equipo en uso cuando la norma fue desarrollada originalmente. Estos ajustes se proporcionan típicamente por separado componentes montados dentro de una estación de control. Figura 3B simplemente traslada el punto de ajuste directamente en el símbolo para el controlador PI. También muestra la FCV equipado con un posicionador de válvula. Debe ser señalar, sin embargo, que los diagramas muchos omitir el posicionador símbolo de la simplicidad, y el dibujo no se debe interpretar como la autoridad final en cuanto a la presencia o ausencia de un posicionador de válvula. La Figura 3C muestra otra variación de la disposición clásica de los tres diamantes. Tenga en cuenta también la no lineal Símbolo Función [f (x)] en lugar de la FCV. Esto puede ser utilizado para representar una característica de la válvula inherentemente no lineal (porcentaje igual, por ejemplo), o puede representar la utilización de un posicionador que incluye una función de caracterizador (incluso aunque el símbolo posicionador no se muestra). También tenga consciente de que algunos diagramas SAMA muestran rutinariamente el f (x) símbolo en todos los elementos finales de control sin tener en cuenta las características reales de la válvula o posicionador.
» Equipo Detalle
SAMA diagramas se utilizan para describir los elementos funcionales de una estrategia de control. Los símbolos son genéricos y se no son específicos para el hardware de control fabricado por ningún proveedor en particular. Hay casos, sin embargo, cuando puede ser necesario para mostrar los detalles del equipamiento en su totalidad documentar la estrategia de control. La Figura 4 muestra dos variaciones del diagrama de control de bucle único equipo que muestra detalles. En general, este nivel de detalle debe ser evitarse, ya que oscurece la estrategia básica de control y hace que el diagrama menos genérico.
La Figura 4A muestra una de las variantes de bucle simple con la incorporación de tres indicadores diferentes para el seguimiento y manipular el bucle. Los indicadores se muestran como circular símbolos del recinto con el símbolo indicador ISA (I). ellos mostrar las tres variables clave del lazo de control (proceso, punto de ajuste y válvula). El operador tiene que ver estas tres variables para determinar el estado del control bucle. Además, el operador debe ser capaz de ver la valor de la consigna y la válvula de carga para ajustar estos variables en los modos automático y manual, respectivamente. Puesto que es una práctica estándar para proporcionar estas lecturas en cada bucle de control, que generalmente no es necesario para mostrar explícitamente en el diagrama de SAMA. La Figura 4B muestra un procesamiento adicional de la señal automática funciones para describir los detalles del equipamiento. la transferencia bloques de la señal de consigna y salida del controlador son se utiliza para describir consigna y el seguimiento del controlador. El rectangular símbolos del interruptor de transferencia automática sobre la base de el estado de la señal de entrada discretos representados por el línea de puntos. Esta señal discreta indica la posición de el accionamiento manual auto / manual del interruptor de transferencia. en la modo manual, la consigna sigue la variable de proceso, y el controlador de seguimiento de la carga de la válvula de ajuste manual
señal. Esto prepara el controlador para la transferencia sin perturbaciones volver al auto, y alinea el punto de referencia con el valor actual de la PV. Otro detalle equipo muestra restablecer retroalimentación de la señal de la válvula para impulsar la acción integral del regulador PI. Se trata de la aplicación de control de hardware detalles que no son generalmente necesarios para transmitir la estrategia general de control. Estos deben ser presentados sólo como necesario a juicio del diseñador o usuario final.
» Ejemplos
De tres elementos de control de nivel del tambor Una aplicación común en la regulación de la caldera es de tres elementos tambor de control de nivel. Nivel de caldera tambor es una variable crítica en la operación segura de una caldera. Low riesgos de nivel de batería el descubrimiento de los tubos de la caldera y exponiéndolos a calentar estrés y los daños. Alto nivel de riesgos tambor de agua remanente en el colector de vapor y turbinas de vapor para exponer corrosión y daños. El problema es el control de nivel complicado por transitorios de respuesta inversa conocidos como se encogen y se hinchan. La Figura 5 es un diagrama de SAMA de la cascada más estrategia de control de alimentación en avance que se utiliza normalmente para resolver estos problemas de control. Los tres transmisores, o variables, son los tres elementos mencionados en el nombre de la estrategia de control. La consigna de flujo de agua de alimentación está ajustado automáticamente por la señal de flujo de vapor para mantener la suministro de agua de alimentación en equilibrio con la demanda de vapor, lo que es el componente
anticipativo de la estrategia de control. La tambor adornos controlador de nivel del punto de ajuste de flujo de agua de alimentación a compensar los errores en las mediciones de flujo o cualquier otras perturbaciones en la carga no medidos (por ejemplo, purga) que los puede afectar el nivel de batería, lo que es el componente cascada de la estrategia de control. La función de suma se utiliza para combinar estos dos componentes. Las funciones de las raíces cuadradas de los transmisores de flujo linealizar la relación entre el flujo y la presión diferencial en medidores de flujo de tipo cabeza.
» Diagrama lógico
Para evitar daños al equipo y lesiones al personal, sistemas de calderas de control incluyen sistemas de seguridad para la combustión el control y la gestión del quemador. Estos sistemas proporcionar permissives y bloqueos para asegurar funcionamiento seguro condiciones y para apagar o "viaje" de la unidad de forma segura condiciones de funcionamiento no se mantienen. La figura 6 muestra un diagrama lógico típico para una pequeña porción del sistema de seguridad. Este diagrama muestra la derivación de una señal de orden de disparo de la caldera y de los indicadores de alarma, según el nivel de batería baja o alta, y fallas de energía en el control de la combustión o sistemas de quemadores de gestión. Para un funcionamiento sin fallos, el nivel de batería y potencia interruptores(LSH, LSL, JS) estarán encendidos por las condiciones de seguridad y OFF para el viaje condiciones. Las funciones no invertir la lógica para dar cabida a esta convención de entrada. Las funciones de retardo de tiempo en las señales de los interruptores de nivel de batería evitar disparos molestos debido a violaciónes breves del nivel límites que pueden ser causados por el ruido o comportamiento transitorio. Como se indica en la Tabla 1, estos símbolos necesitan un ajuste de la hora "T" y un designador de dos letras para el tipo de función (Por ejemplo, PD, DI, DT, etc.) DI
es sinónimo de "Retraso en la iniciación"; en este ejemplo, el tiempo de retardo se ajusta para 20 segundos. La señal de entrada debe permanecer durante al menos 20 segundos antes de la señal de salida se pondrá en ON. Una función OR proporciona una alarma común y señal de disparo para condiciones de alto o bajo nivel de batería. La otra función OR proporciona una señal de caldera viaje común para un viaje de nivel, CCS falla de energía o una falla eléctrica BMS. En este ejemplo se utiliza la línea de puntos para designar lógica discreta señales. Sin embargo, también es aceptable el uso de líneas continuas cuando el diagrama lógico está separado del continuo controlar el diagrama.
» Aplicaciones
Diagramas SAMA se utiliza generalmente para describir el control de caldera sistemas para la industria de la energía. Aunque no hay razón por la que no puede ser usado para describir sistemas de control en otras industrias, la convención dicta que los diagramas de ISA se utilizan en estas industrias. Por lo tanto, el ingeniero de control deben estar al corriente en cualquiera de los métodos de diagramación sistemas de control. Moore Siemens no asume ninguna responsabilidad por los errores u omisiones de este documento o de la aplicación y utilización de la información incluida en este documento. La información aquí contenida está sujeta cambios sin previo aviso.
Siemens Moore no es responsable de los cambios en la funcionalidad del producto después de la publicación de este documento. Los clientes deben consultar con un representante de ventas para Siemens Moore confirmar la aplicabilidad de la información en este documento para el producto que compraron.
Bibliografía
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oscaror/CursosDictados/ProyectosInstrume ntacioIndustrial.html
http://www.profesaulosuna.com/data/files/ELECTRONICA/INSTRUMENTACION/V ARIOS%20MOTOR%20SENSOR/CUADERNILLO%20INSTRUMENTACI%D3N% 20UNIDAD%201%20PROF.%20SAUL%20OSUNA.pdf
