Transmisores Digitales Ing. Luis Campusano Q.
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Introducción Al cambiar un instrumento analógico por uno digital se debe conocer cuáles son las nuevas posibilidades y qué limitaciones existen
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Objetivos 1) Diferenciar entre los instrumentos “intelligent”, “Smart” y digitales. 2) Identificar las ventajas y desventajas de un instrumento digital con respecto a un analógico. 3) Definir si un instrumento digital está trabajando en tiempo real. 4) Enumerar las ventajas y desventajas de una válvula digital de control.
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Transmisores Digitales Recordemos algunos conceptos: 1) Una señal análoga varia en forma continúa con respecto al tiempo. 2) Una señal digital tiene representados por números.
valores
discretos,
3) Una señal análoga es digitalizada con un ADC. 4) Debido al tiempo necesario para cuantificar una señal los instrumentos digitales no realizan una medición continua, sólo se toman muestras (samples) de la señal. 4
Transmisores Digitales
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Transmisores Digitales
Los transmisores digitales digitalizan la señal análoga medida y utilizan un microprocesador 6
Transmisores Digitales Se clasifican en 1) Transmisor Intelligent 2) Transmisor Smart 3) Transmisor digital
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1.- Transmisores Intelligent Al poseer un microprocesador realiza funciones que no hacen los analógicos: linealiza, compensa en función de otra variable medida o algoritmos y otras.
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2.- Transmisores Smart Su salida es analógica de 4 a 20 mA, y se puede comunicar con un “hand-held” usando modulación en la salida
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3.- Transmisores digital Totalmente digital, inclusive la salida. Aunque puede tener salida analógica de 4 a 20 mA. Los instrumentos “fieldbus” son de este tipo
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Transmisores Intelligent y Smart
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Transmisores Smart
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Transmisores digital
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Diferencias entre los digitales y los analógicos
transmisores
1) Los componentes electrónicos son diferentes: En un instrumento analógico se utilizan circuitos lineales como los amplificadores operacionales. En los instrumentos digitales se utiliza microprocesador, convertidores ADC, y DAC si se disponen de salidas analógicas 2) La señal de salida analógica es generada en forma distinta. En un instrumento digital proviene de un DAC. 14
Ventajas digitales
de
los
transmisores
1) Son flexibles en sus funciones: disponen de más funciones, por la facilidad de la manipulación de números por un microprocesador. Las funciones pueden ser modificadas o ampliadas cambiando el firmware. 2) La salida analógica de 4 a 20 mA es independiente del circuito de medida, su rango puede ser distinto al del instrumento. 3)
La calibración digitalmente.
y
linealización
son
realizados 15
Ventajas de los transmisores digitales 4) Las técnicas digitales de acondicionamiento son más poderosas. 5) Compensa del temperatura.
drift del
sensor con la ayuda de un sensor de
6) Mayor exactitud. 7) Mayor rangeabilidad. 8) Auto diagnóstico. 9) Capacidad de comunicación, como en los instrumentos Smart y digitales.
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Arquitectura de un transmisor digital
(amortiguación)
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Arquitectura de un transmisor digital
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Ventajas de analógicos
los
transmisores
• Trabajan en tiempo real. • En los instrumentos digitales se toman muestras en el orden de 2 a 20 muestra/s (scan time: 50 ms a 500 ms). • En procesos muy rápidos no se pueden utilizar instrumentos digitales, se deben usar analógicos.
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Desventajas de los transmisores analógicos 1) Necesita re-calibración para cambiar el rango de medición, y es necesario experiencia. 2) Se necesita retirar el instrumento de la línea para calibrar. 3) Los componentes, como los potenciómetros, experimentan “drift”. 4) La linealización es fija para un solo tipo de sensor. 21
Cuadros de comparación
Exactitud de Transmisores
Comparación de un Transmisor de presión Análogo y uno "Smart" 23
Tiempo real • Los instrumentos analógicos trabajan en tiempo real. • Los instrumentos digitales se considera que trabajan en tiempo real si “scan time” es mucho menor que las constantes de retardo del proceso controlado. • El instrumento digital tiene tiempos muertos introducidos por el ADC y por el tiempo de ejecución del programa del microprocesador. • La transmisión digital agrega más tiempo muerto, por ser comunicación serial, y de acuerdo a la eficiencia del protocolo entre el transmisor y receptor.
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Tabla de tiempos muertos de transmisores
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Válvulas Inteligentes La válvula convencional presenta los siguientes problemas: 1) El posicionador neumático no provee una regulación muy exacta. 2) El posicionador neumático es difícil de ajustar.
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Válvulas Inteligentes El controlador digital de válvula (DVC) reemplaza al posicionador: 1) El posicionador digital provee una mejor regulación. 2) Al tener microprocesador realiza funciones y control, diagnóstico y comunicación con un host (PC, DCS o Hand Held). 3) La auto calibración de la válvula se da en pocos minutos. 4) La válvula puede ser monitoreada, obteniendo información de la posición del vástago y la señal de entrada, así como alarmas de estado o de proceso. 28
Válvulas Inteligentes
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Diagrama de bloques de una válvula Inteligente
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Válvulas Inteligentes Las variables medidas son: 1) Desplazamiento del vástago 2) Presión del actuador 3) Señal de control desde el controlador (4-20 mA) Estas válvulas utilizan protocolo HART para comunicaciones
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Bibliografía • Considine, Douglas M. (1993). Process/Industrial Instruments and controls handbook. New York: Mc Graw-Hill. (621.381I/C74) • Creus Sole, Antonio (2006). Instrumentación Industrial. México D.F.: Alfaomega. (621.381I/C85/2006) • Kerlin, Thomas (1982). Industrial temperature measurement: ISA. (621.381I/K44) • Norton, Harry (1984). Sensores y analizadores. Barcelona: G.Gili S.A. (621.381I/N82) • Spitzer, David W. (1990). Industrial Flow Measurement. North Carolina: ISA. (621.381I/S58)
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