En los procesos automatizados, el acondicionamiento de las señales es de gran importancia, debido a que es la base de los cálculos y del buen funcionamiento del proceso. Se dice que a buenas medidas, buenos cálculos y buen resultado del sistema de control. Los transductores, sensores y trasmisores son los encargados de tomar las medidas primarias, dentro de estos, el acondicionador contribuye a escalar las señales medidas y presentarlas al sistema de control en una forma adecuada y fiable para su procesamiento ¿Qué es Acondicionamiento de Señales? El acondicionamiento de señales convierte su dispositivo de adquisición de datos en un sistema completo y le ayuda a conectarse directamente a un amplio rango de tipos de sensores y señales, desde termopares hasta señales de alto voltaje. Las tecnologías clave para acondicionamiento acondicionamiento de señales mejoran de forma general multiplican por 10 el rendimiento y la precisión del sistema de adquisición de datos.
CANALES DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
Forma austera Alto rendimiento
El bus (o canal): es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados y demás dispositivos electrónicos. –Alto rendimiento: Se dice de los dispositivos que presentan bajas perdidas en el
proceso de entrada salida. Calidad. Digital. –Austero: Rígido sin variantes o limitado en sus atribuciones. Analógico.
El propósito de la adquisición de datos es medir fenómenos físicos o eléctricos tales como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. •La adquisición de datos basados en PC utilizan una combinación de hardware de
medida y software para proporcionar un sistema flexible y definido por el usuario para automatizar mediciones y hacer los datos disponibles para análisis. os buses de datos que permiten la integración de equipos para la medición y control de variables de proceso, reciben la denominación genérica de buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA o 0 a 10V DC, según corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores, sensores y equipos de supervisión. Varios grupos han int entado generar e imponer una norma que permita la integración de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no existe un bus de campo universal. Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización de procesos son: •
HART.
•
Profibus.
•
Fieldbus Foundation.
Figura 1.
HART (Highway-Addressable-Remote-Transdu-cer): Agrupa la información digital sobre
la señal analógica típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0 respectivamente, y que en conjunto forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA (Figura 1). Como la señal promedio de un onda sinusoidal es cero, no se añade ninguna componente DC a la señal analógica de 4-20 mA., lo que permite continuar uti lizando la variación analógica para el control del proceso.
PROFIBUS (Process Field Bus): Norma internacional de bus de campo de alta velocidad
para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170. Existen tres perfiles: •
Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a sensores/actuadores enlazados a
procesadores (PLCs) o terminales. Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso, cumple normas especiales de seguridad para la industria química (IEC 11158-2, seguridad intrínseca). Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización. •
•
FOUNDATION FIELDBUS (FF): Es un protocolo de comunicación digital para redes
industriales, es-pecíficamente utilizado en aplicaciones de control di stribuido. Puede comunicar grandes volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de procesos y automatización. Está orientado principalmente a la interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. Los di spositivos de campo son alimentados a través del bus Fieldbus cuando la potencia requerida para el funcionamiento lo permite.
MODBUS: Es un protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos
(SCADA) con control centralizado, puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo par a la supervisión y control de un proceso. Las Interfaces de Capa Física puede estar configurada en: RS -232, RS-422, RS-485. En Modbus, los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión: RTU y ASCII.
DEVICENET: Red de bajo nivel adecuada para conectar dispositivos simples como sensores
fotoeléctricos, sensores magnéticos, pulsadores, etc., y dispositivos de alto nivel (PLCs, controladores, computadores, HMI, entre otros). Provee información adicional sobre el estado de la red, que será desplegada en la interfaz.
Los Beneficios del Protocolo de Comunicación HART en Sistemas de Instrumentación Inteligentes ®
Capacidad Digital
Acceso a todos los parámetros y diagnóstico del instrumento Soporta instrumentos multivariábles Estado del instrumento en línea
Compatibilidad Analógica
Comunicación analógica y digital simultánea Compatible con cableado y equipos 4-20 mA ya existentes
Interoperabilidad
Estándar totalmente abierto Comandos universales y estructura de datos Optimizado por la Descripción del lenguaje del Instrumento
Disponibilidad Tecnología probada en campo como más de 1.400.000 instalaciones Extensa variedad de productos Protocolo más usado en instrumentos de campo que cualquier otro en la industria
Introducción El protocolo de comunicación HART® es mundialmente reconocido como un protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, basados en microprocesador. El uso de esta tecnología está creciendo rápidamente y hoy en día prácticamente todos ® los principales fabricantes del mundo de instrumentación ofrecen productos con comunicación HART . ®
El protocolo HART permite la superposición de señal de comunicación digital a las señales analógicas de ® 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado. El protocolo HART proporciona algunos de los beneficios dados por la tecnología fieldbus, manteniendo la compatibilidad con la instrumentación analógica y aprovechando el conocimiento ya dominado sobre los sistemas 4-20mA existentes. ®
Este documento presenta una breve descripción sobre el protocolo HART y los beneficios disponibles a través de esta importante tecnología. El ahorro obtenido por instrumento es de US$ 300,00 a US$ 500,00 en instalación y el comisionamiento inicial es de US$ 100,00 a US$ 200,00 al año para mantenimiento y operación, son comúnmente reportados.
Flexibilidad de Aplicación ®
HART es un protocolo del tipo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solamente “responde” cuando sea “preguntado” por un maestro. Dos maestros (primario y secundario) se ®
pueden comunicar con un instrumento esclavo en una rede HART . Los maestros secundarios, como los configuradores portátiles de pueden ser conectados normalmente en cualquier punto de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin provocar problemas en la comunicación con el maestro primario. El maestro primario es típicamente un SDCD (Sistema Digital de Control Distribuido), un PLC (Controlador Lógico Programable), un controle central basado en computador o un sistema de monitoreo. En la figura 3 se muestra una instalación típica con dos maestros.
F i g . 4 - A l g u n o s e q u i p o s H A R T i n c l u y e n e l c o n t r o l a d o r P I D en s u s a l g o r i t m o s , i m p l e m e n t a n d o u n a s o l u c i ó n d e c o n t r o l c o n b u e n a r e l ac i ó n c o s t o - b e n e f i c i o ®
El Protocolo HART puede ser usado de diversas maneras para transmitir información de/para instrumentos de campo inteligentes a centrales de control o equi pos de monitoreo. La comunicación maestro/esclavo digital, simultánea con la señal analógica de 4-20mA es la más común. Este modo, permite que la información digital proveniente del instrumento esclavo sea actualizada dos veces por segundo en el maestro. La señal de 4-20mA es continua y puede llevar la variable primaria de control.
Ejemplo de Aplicación Innovadora ®
La flexibilidad del Protocolo HART es evidente en el diagrama de control de laa Figura 4. Esta aplicación ® innovadora usa la capacidad inherente al Protocolo HART de transmitir tanto señales analógicas de 420mA como señales digitales de comunicación simultáneamente por el mismo par de hilos. En esta ® aplicación, el transmisor HART tiene un algoritmo interno de control PID. El instrumento es configurado de modo que el lazo de corriente de 4-20mA sea proporcional a la salida del control PID, ejecutado en el instrumento (y no a la variable medida, como por ejemplo, la presión, como en la mayoría de las aplicaciones de instrumentos de campo). Una vez que el lazo de corriente es controlado por la salida de control del PID, este es utilizado para alimentar directamente al posicionador de la válvula de control. El lazo de control es ejecutado completamente en campo, entre el transmisor (con PID) y la válvula. La acción de control es continua como en el sistema tradicional; la señal analógica de 4-20mA mueve a la válvula. A través de la comunicación digital HART el operador puede cambiar el set-point del lazo de control y leer la variable primaria o la salida para el posicionador de la válvula. Un ahorro substancial puede ser obtenido a través de esta innovadora arquitectura de control.
F i g . 4 - A l g u n o s e q u i p o s H A R T i n c l u y e n e l c o n t r o l a d o r P ID e n s u s a l g o r i t m o s , i m p l e m e n t a n d o u n a s o l u c i ó n d e c o n t r o l c o n b u e n a r e l ac i ó n c o s t o - b e n e f i c i o
Mejor Solución
El Protocolo HART® permite a los usuarios la mejor opción de solución para aprovechar los beneficios de la comunicación digital para la instrumentación inteligente. Actualmente ninguna otra tecnología de comunicación puede igualar la estructura de soporte o la gran variedad de instrumentos disponibles con la ® ® tecnología HART . La tecnología permite el uso fácil de los productos compatibles con HART que están disponibles en el mercado por la mayoría de los fabricantes de instrumentación y que atienden prácticamente todas las mediciones de proceso o aplicaciones de control. ®
El surgimiento de fieldbus no desplazara la t ecnología HART en nuevas aplicaciones o en las existentes. ® El protocolo HART proporciona a los usuarios gran parte de los mismos b eneficios, al mismo tiempo mantiene la compatibilidad y la familiaridad con los sistemas existentes de 4-20 mA. El protocolo HART® proporciona los ahorros económicos de comunicación remota, una flexibilidad y la precisión de la
comunicación de datos digital, el diagnóstico de los instrumentos de campo y el uso de poderosos instrumentos con múltiples variables, sin que haya la necesidad de reemplazar sistemas completos. La conexión con las redes de las plantas actuales y futuras es asegurada por la capacidad de comunicación digital y a la gran base instalada (más de 5.000.000 de instalaciones y creciendo rápidamente). El soporte ofrecido por el protocolo HART Communication Foundation asegura que la tecnología seguirá evolucionando para satisfacer las necesidades de la instrumentación inteligente de hoy y mañana.
