Experiencia N°1 Elementos y Dispositivos de un Sistema de Control Claudio Cifuentes Diego Chávez Juan Romero
22/10/2014 Profesor: Juan Antipil
Contenido Introducc Introducción ión ................................ .......................................... .............................................. ..... 2 Identificación, Características y especificaciones técnicas : .......................................................... 3 Sensor – Sensor – Transm Transmisor isor presión presión diferencia iferenciall .............................................. .................................... 3 Sensor – Sensor – Trasm Trasmisor isor de flujo ......................................... ............................................... ............ 4 Sensor Sensor de Nivel Nivel Máximo áximo y Mínimo.............................................. ínimo.............................................. ............................................ 5 Sensore Sensoress Inductivos Inductivos y capacit capacitivos ivos ............................ ........................................ ....................... 6 Sensor Sensor Inductivo Inductivo:: ......................... ........................................ .............................................. 6 Sensor Sensor Capacit Capacitivo: ivo:........................................... ............................................... .................... 7 Válvulas Válvulas soleno solenoides: ides:............................................ ............................................ ................................................. .................. 8 Conversor Conversor P/I P/I ...................................... ................................................ .................................. 9 Conversor Conversor I/P I/P ...................................... ................................................ .................................. 9 Posicionadores y válvulas de control neumática: ....................................................................10 El PLC.......................................... ............................................... ........................................ .11 CONTROLAD CONTROLADOR OR PID ................ ............................................... ........................................ .......12 SISTEM SISTEMA DCS................................................. .............................................. .........................13 Conclusi Conclusión ón ................................................ ............................................... ................................14
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Introducción Un sensor es un disposi tivo que tiene la capacidad capacidad de transformar magnitudes, magnitudes, ya ya sean físicas o químicas en magni tudes el ectrónicas. ectrónicas. La La variable de instrumentación que se maneje depende del si stema y puede ser por eje mplo: humedad, humedad, temperatura, nivel, nive l, presión, fuerza, flujo, desplazam des plazamiento, iento, entre otras. La tensión, resistencia, resiste ncia, corriente y capacitancia, capacitancia, pueden ser l as magnitudes eléctricas eléctricas obtenidas. En este es te experiencia ex periencia de laboratorio, tiene como objetivo fundamental, fundamental, interi i nteriorizar orizarse se y conocer más más acerca de los dif erentes elementos elementos que se ocupan en el área de control, ya sea a de cualquier cualquie r proceso industrial, industrial, es por eso que a continuación se prese ntaran algunos algunos de ell os(equipos), os(equipos), con su respecti va característica, característica, de tal forma que que podamos i dentif icar en posteriores clases y/o a futuro, como trabaja cada uno de ellos y lograr tener una mejor perspectiva y claridad en el proceso que se está lle vando a cavo cavo .
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Identificación, Características y especificaciones técnicas : Sensor – Transmisor presión diferencial Los transmisores de presi ón se util izan para para el control de siste mas de presión, como por ejemplo, ejempl o, una instalación i nstalación de presi ón de aire. Por otro lado, los transmisores de pre sion también también se pueden usar para controlar presione s en calderas y dirigi rlas mediante un sistema de regul ación y control. Los transmisores de presión que existen hoy en día son i nstrumentos que están compuestos compuestos por elementos ele mentos y circuitos circuitos muy costosos El di seño consta de tres etapas básicas: censado, censado, acondicionamiento de señal, y Transmisi ón. El sensor se nsor es el elemento el emento encargado encargado de medir el dif erencial erencial de presión y convertirlo converti rlo a una señal de voltaje
Placa de Datos y Caracteristicas Tecnicas Tecnicas Foxboro Fox boro 823DP 823DP-I3K1NM2 -I3K1NM2 Electronic Transmitter RANGES: 0-5 to 0-30 in H2O (Low) 0-25 to 0-1 50 in H2O (Medium) 0-125 to 0-750 in H2O (High) OUTPUT: OUTPUT: 4-20 4-2 0 mA or 10-50 10 -50 mA
Materials of Co Construction nstruction
Fig . 1 Transmisor Transmisor presión diferencial diferencial Foxboro 823DP-I3K1NM2
Diaphragm Material: Cobalt-Nickel-Chrome, 416 SS, Haste Hastelloy lloy C, Monel or Tantalum Process Flang Flanges es and Adapters: Adapters:Cadmium-plated Cadmium-plated Carbon Steel, 316SS, Hastelloy C or Monel Diaphra gm Fill Fill Fluid: Silicone or Fluorinert Maximum Working Pressure: 3000 or 6000 PSI Options: 3 Valve Manifold, Manifold, Outp Output ut Meter, 31 6SS Fastener Fasteners, s, Integral Orifices Orifices Standard Accessories: Mountin Mounting g Brack et and SS Tag
http://www.stewartinstrument.com/index.cfm/page/ptype=product/prod uct_id=61/category_id=-1/mode=prod/prd61.htm https://es.scribd.com/doc/58829671/Foxboro-823DP
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Fig. 2Fig. 1 Transmisor presión diferencial Foxboro 823DPI3K1NM2
Sensor – Trasmisor de flujo Es un medidor de flujo f lujo de área variable basado en un microprocesador microprocesador que proporciona un indicador indi cador digital digi tal de caudal total total acumulado. La tasa de flujo fluj o y el fluj o total se puede mostrar en diversas dive rsas unidades unidades de medida. En otras palabras, cuando cuando está instalado en una línea con una tubería, permite de terminar cuándo cuándo está circulando un líquido o un gas. Estos son del tipo apagado/encendido; determinan determinan cuándo cuándo está o no circulando circulando un fluido, pero no miden el caudal caudal solo flujo. Placa de Datos y Caracteristi Caracteristicas cas Tecnicas Tecnicas
Model:8000-SB10 Supply :220 Vac Power: 30 VA V A Max Max Power: 30 VA V A Max Max Current output 4-20 MA Freq: 50/60 50/60 Hz Current output: ou tput: 40-20MA 40-20MA
Fig . 3 Sensor Transmisor de de Flujo 8000-SB10
Fuente : equipo s de Laboratorio Laboratorio
Fig. 4 Placa de Datos Sensor Transmisor de Flujos Flujos Modelo Modelo 8000SB10
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Sensor de Nivel N ivel Máximo y Mínimo Los Sensores de nivel Máximo y Mínimo son Mínimo son dispositivos o estructuras hidráulicas cuya finalidad es la de garantizar el nivel del agua en un rango de variación preestablecido. Los controles del nivel máximo tienen la doble función funci ón de garantizar garantizar la seguridad de las estructuras y de evitar evi tar el desperdicio despe rdicio de agua. Mientras que el control control del nivel mínimo tiene la función de garantizar el buen funcionamiento del sistema e vitando la entrada de aire en la tubería que se encuentra aguas abajo del tanque, como por ejemplo en la red de distribución de agua, o en la succión de la o l as bombas.
Fig. 5 Sensor de Nivel del del Lab.
“Características Técnicas Generale Generale s” “ Ideal para Ideal para los tanques bajos o los espacios restrictos”, o para para el uso del vol umen barato, alto. alto. Para el uso de fine s generales. También También ideal para los aceites y el agua. agua. trabajan mediante un flotador el cual f unciona como switch on-off Lo podemos encontra encontrarr en internet interne t como como “ Sensor Se nsor de
nivel / de buque / para tanque”
Fig . 6 Sensor de Nivel del Lab.
Fig. 7 Senor de Nivel.
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Sensores Inductivos Inductivos y capacitivos
Sensor Inductivo: Son una clase especial especial de sensores que si rven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo. Método de funcionamiento: Estos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser aproximado un objeto metálico metáli co a su superficie supe rficie axial. Esta frecuencia es empleada emple ada en un circuito el ectrónico para conectar conectar o desconectar un tiristor tiristor y con e llo, ll o, lo que esté conectado al mismo, mi smo, de forma digital digi tal (ON-OFF) (ON -OFF) o, analógicamente. Si el obj eto metálico se aparta de la bobi na, la oscil oscilación ación vuelve a empezar y el
Fig. Fi g. 8 Esquema de Funcionamiento de un Sensor Inductivo
mecanismo recupera su estado original . Tanto estos sensores se nsores como los de e fecto fecto capacitiv capacitivo o presentan las ventajas siguientes: “Características “Características Técnicas Generale s” detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria industria Fig. Fi g. 9 Sensor Inductivo Inductivo del Lab.
Fig . 10 Sensor Indu Inductiv ctivo o
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Sensor Capacitivo:
Los sensores sensore s capaciti capacitivos vos (KAS) reaccionan ante metales y no metales metal es que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión conexi ón respecto a un determinado material material es tanto mayor cuanto más el evada sea su constante dieléctrica. Fig. Fi g. 11 Esquema de Funcionamiento de un Sensor Capacitivo
“Características “Características Técnicas Generale s”
Capaz de Detectar Hierro, Metal, Plástico, Agua, Piedra, Madera, etc. Largo Largo Ciclo de Vida y A lta Confiabilidad
Fácil de Ajustar la Distancia de Detección con el Ajustador Ajus tador de Sensibilida Sensibilidad d
Fig . 12 Esquema de de Funcionamie Funcionamiento nto de un Sensor Capacitivo
Fácil de Controlar el Nivel y Posición.
Fig. Fi g. 13 Esquema de Funcionamiento de un Sensor Capacitivo
Fig. 14 Sensor Capacitivo del Lab.
http://sensoresdeproximidad.galeon.com/capacitivo2.gif 7
Válvulas solenoides: Una válvula solenoide sol enoide es una válvul a eléctr el éctrica ica utilizada para controlar el paso de gas (sistemas ( sistemas neumáticos) o fluidos (sistemas (sis temas hidráulicos). hidráulicos). La apertura ape rtura o cierre cie rre de la válvul a se basa basa en impulsos electromag ele ctromagnéticos néticos de un solone die (un electr el ectroimáin) oimáin) que trabaja junto a un muell e diseñado diseñado para devolver a la válvula válvul a a su posi ción neutral cuándo el solenoide se desactiva. Este tipo de válvul as se suelen utilizar en sitios de difícil acceso, en siste mas multi-válvula multi-válvula y en sitios de ambiente ambie nte peli groso. Las válvulas solenoides ofrecen funciones funciones de apertura o cierre cie rre total y no se pue den utilizar util izar para la regulación del fl ujo de gas o flui do. Existen válvulas solenoi des que pueden trabajar con corr con corriente iente alterna al terna (AC) o con corriente continua (DC) y (DC) y utili zar diferentes voltajes voltajes y duraciones de ciclo de funcionamiento. “Características “Características Técnicas Generale s” Se montan rápidamente y sin neces idad de utilizar util izar herramientas y proporcionan una fle xibilidad y disponibilidad disponi bilidad óptimas óptimas para el producto.
Fig. Fi g. 15 Válv Válvula ula Solenoide del del Laboratorio Laboratorio
Marca: Danfoss (Denmark) Spare-Part Spare- Part no. : 018Z617 018Z6176 6 Volt Vol t :220 :220 Vac Power: 10 watt Freq: 50 Hz http://www.danfoss.com/Latin_America_spanish/BusinessAreas/IndustrialControls/Products_pdf/
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Conversor P/I Dispositi vo operado eléctricamente eléctricamente variando la corriente la corriente que que circula a través través de un solenoi de y es utilizado util izado para controlar el fluj o de líquidos de líquidos o gases en gases en posi ción complet comple tamente abierta o completamente cerrada. Al circular la l a corriente corriente por el solenoi de genera un campo un campo magnético que magnético que atrae el émbolo móvil, al finalizar final izar el efe cto del campo campo magnético, magnético, el embolo e mbolo vuelva a su posición por efecto de la gravedad, la gravedad, un un resorte o por presión por presión del del fl uido a controlar.
Conversor I/P Instrumento que recibe una señal estándar y la e nvía modif modificada icada en forma de señal de sali salida da estándar .Se dife rencia de un transmisor transmisor o transductor, transductor, en que el convertidor no mide variables e n forma directa, directa, sino si no que solamente manipula señal de
Fig. 16 Esquema P/I I/P
corriente corriente a presión, es similar a un transmisor electrónico de presión pre sión y los rangos de señal estándar son los mismos. algunos tipos de Conversores: Conversores: http://www.sapiensman.com/neumatica/convertidores_I P.php
Fig. Fi g. 17 Algunos Algunos tipos de Conversores
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Posicionadores y vál vulas de control neumática:
Un posicionador de válvula es básicamente un dispositivo disposi tivo que censa tanto la señal de un instrumento (controlador) como la posición del vástago de una válvula. válvul a. Su función principal es la de asegurar que la posición de este vástago corresponda a la se ñal de salida del controlador o regulador.
Fig. Fi g. 18 Imag Imagen en Válv Válvula ula con Posicionador
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El PLC Es una computadorautilizada computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización i ndustrial, para automatizar procesos electrome ele ctromecáni cánicos, cos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atraccione atraccioness mecánicas. Los PLC son utili zados en muchas industrias y máquinas. A dife rencia rencia de las computadoras computadoras de propósito general, e l PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad inmunidad al ruido eléctric el éctrico o y resistencia a la vi bración y al impacto. SIMATIC S7-200 (MICRO PLC) Es ciertamente un micro-PLC al máxi máximo mo nivel: es compacto compacto y potente, rápido, ofrece una conectividad extraord ex traordinaria inaria y todo tipo de facil idades en el manejo del software software y del hardware. Y esto no es todo: el micro- PLC SIMATIC SIMATIC S7-200 S7-200 responde a una concepción modular consecuente que permite soluciones a la medi da que no quedan sobredi mensionadas mensionadas hoy y, además, pueden ampliarse en cualqui er momento.
Puerto estándar RS-485 con velocidad de transferencia de datos comprendida entre 1,2 y 187,5 kbits/s Protocolo Protocolo PPI en calidad de bus del si stema para para interconexión interconexión sin problemas. problemas. Modo libremente programable con protocolos personalizados para comunicacion con cualquier equipo. Rápido en la comunicación PROFIBUS vía módulo dedicado, operando como esclavo. Potente en la comunicación por bus AS-Interface, operando como maestro Conexi ón a Industrial Ethernet vía módulo dedicado Con conexi ón a internet interne t mediante mediante módulo correspondiente Accesibili Accesibi lidad dad desde cualqui er punto gracias a comunicación por modem (para telemantenimiento, teleservice o telecontrol) telecontrol) S7-200 S7-200 PC ACCESS, servidor OPC para simplifi simpl ifi car la conexi conexi ón al mundo del PC
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CONTROLADOR PID Un PID es un mecanismo de control control por realimentación que calcula la l a desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere qui ere obtener, obtene r, para aplicar una acción acción correctora correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da e n tres parámetros distintos: el proporciona proporcional, el integral, i ntegral, y el derivativo. derivati vo. El El valor Proporcional determina la reacción reacción del error e rror actual. actual. El Integral I ntegral genera una corrección corrección proporcional a l a integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo esfue rzo de control sufici ente, ente, el e rror de seguimiento seguimiento se reduce a cero. El Derivativo Deri vativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones acciones es usada para ajustar al al proceso vía un el emento de control como la posición de una vál vál vula de control o la energía suministrada a un calentador. cale ntador.
UDC 2500: 2500: CONTROLADOR CONTROLA DOR DE PROCESO 1/4 1/4 DIN • Marca: Honeywell • Modelo: UDC 2500 • Descripción: controlador digital basado en microprocesador • Formato: Formato : 1/4 DIN 96x96 96x96 mm • Entradas: - 1 o 2: T/C, RTD, 4-20 mA, mV - 2 digitales • Salidas: - corriente: 0 a 2; - digi tal: 0 a 4 relé • Precisión: ±0.25% • Comunicación: RS422/485, Modbus, Ethernet • Alimentación: 90 a 250V ac; 24V ac/dc
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SISTEMA DCS
Es un sistema de control apl icado a procesos industriales complejos en l as grandes industrias industrias com como petroquímicas, papel eras, eras, metalúrgicas, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de tratamiento tratamiento de aguas, aguas, incineradoras incine radoras o la industria farmacéutica. DCS DELTA V EMERSON Es un Sistema Siste ma de Control Distribuido, cuyas principales principales características características son:
Su diseño está orientado a buses Tiene como buses nativos: Foundation Fieldbus, AS-i bus, Profibus DP, HART y DeviceNet, además de sus entradas/salidas básicas Soporta el estándar IEC 1804-3, o EDDL (Electronic Device Description Language), que permite que todos l os parámetros de un dispositivo e lectrónico lectrónico estén accesibles al sistema Puede configurarse para unas pocas entradas/salidas hasta más de 30.000 30.000 Conectividad con otros sistemas utilizando OPC y XML Técnicas avanzadas de control, como son: control difuso (fuzzy), (fuzzy ), control con rede s neuronales, control predictivo, sintonización sintonización de lazos PID P ID o controles Fuzzy, detección de mal funcionamiento funcionamiento de lazos, control control estadístico estadístico mul mul tivariable, tivariable, optimizador optimizador de tiempo real, monitoreo de f uncionamiento uncionamiento de equipos, si mulación, y otros. otros. Ejemplo de Sistema Control Distribuido
http:// http://ww www. w.ins ins trument trumentaci aci onycontrol.net/cursos onycontrol.net/cursos -li bres/automatizacion/curso-rede bres/automatizacion/curso-redes-industriales/it s-industriales/item em/287/287introducci%C3%B3n-a-los-sistemas-de-control-distribuido-dcs.html
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Conclusión Concluimos que hemos logrado obtener de este trabajo trabajo de laboratorio, un paso más e n el área de control, ya que por medio de e ste inf orme aprendimos de una forma general, como es que cada elemento ele mento trabaja trabaja y para para qué sirve. Además nos dimos cuenta que al tener tene r variados equipos, como son los ya nombrados en este informe, info rme, juntos podemos construir difere dif erentes ntes sistema de control para distintas funciones. f unciones.
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