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- 2. Control de procesos industriales Sea cual sea la estrategia de control seleccionada, para implementar físicamente el sistema de control habrá que: Medir variables del proceso (niveles, caudales, temperaturas, etc.) Calcular las acciones de control y Manipular determinadas variables de entrada.
- 3. Sistema de control Actuadores Planta o Proceso Operador Sistema de control Planta o Proceso Operador Consigna Entrada Salida Consigna Señales de mando Salida DISPOSITIVOS DE SEÑAL DISPOSITIVOS DE POTENCIA Control de procesos industriales
- 4. Proceso Elemento Final de Control Controlador Variable Manipulada Aire, Agua, Vapor,Electricidad Variable Controlada PV SP = Referencia Mide Temperatura Presión Nivel Flujo V elocidad Humedad Posición Densidad TomaAcción Contactor Bomba Damper Válvula Cilindro SCR’s V ariador MV Lazo Realimentado Transmisor Sensor Control de procesos industriales
- 5. TC I/P VÁLVULA PLANTA Tr m m’ Q T Tm 4 – 20 mA 4 – 20 mA 3 – 15 Psi + – TE TT Control de procesos industriales H2O
- 6. © ITES-Paraninfo Sistema de medida text ADQUISICIÓN DE DATOS PROCESAMIENTO DE DATOS DISTRIBUCIÓN DE DATOS SISTEMA DE MEDIDA Entrada (Valor verdadero) Salida (Valor medido)
- 7. Se denomina señal a toda aquella magnitud física que puede ser medida, ya sea variable o constante en el tiempo. La principal distinción eléctrica se hace entre dinámica (corriente alterna ó AC) ó estática (corriente continua ó DC). A la vez las señales alternas, pueden estudiarse tanto en el tiempo como en la frecuencia. Por otra parte para el estudio de las señales continuas en el tiempo se clasifican en continuas y discretas, como se muestra en la figura. Tipos de señales
- 9. Analógica: la variable física se traduce en variaciones continuas de la señal de salida. La señal se transmite con tensiones de 1 a 5 VDC, de 2 a 10 VDC y con el lazo de corriente de 4-20 mA. Digital: las variables físicas son discretas y representan estados: ON/OFF, abierto/cerrado, etc. La señal se transmite con dos tensiones de línea, por ejemplo, 0 ó 24 VDC. Secuencias de Impulsos: las variables físicas representan estados cíclicos, por ejemplo, la velocidad de una turbina. La señal de salida es una serie de impulsos cuya frecuencia es proporcional a la velocidad de la turbina. Naturaleza de las señales
- 10. Atendiendo a su objetivo fundamental: Instrumentos de monitorización: indican al operador el estado de la variable. Proporcionan una indicación visual de la magnitud física que se está midiendo. Instrumentos de control: Envían a un controlador la señal correspondiente a la medida. Proporcionan una señal eléctrica o neumática que pueda ser utilizada directamente por el equipo de control. Clasificación de los instrumentos
- 11. Atendiendo a su función: • Instrumentos ciegos • Instrumentos indicadores • Instrumentos registradores Clasificación de los instrumentos
- 12. Atendiendo al origen de la energía requerida para realizar la medición: Instrumentos activos: la energía necesaria para realizar la medida es aportada por el proceso físico que se desea medir no siendo necesaria una fuente de energía externa. Ellos mismos generan una tensión o corriente, se basan en diferentes efectos: termoeléctrico, piezoeléctrico… Instrumentos pasivos utilizan una fuente de energía externa para realizar la medida y proporcionar la energía propia de la señal. En esta clase de instrumentos, la magnitud medida modula la fuente de energía externa. Clasificación de los instrumentos
- 13. Atendiendo a la referencia utilizada para la medida: Instrumentos de desplazamiento: se basan en la variación experimentada por una variable que es función de la magnitud medida. Instrumentos de comparación: efectúan la medida comparando la magnitud con patrones conocidos. Clasificación de los instrumentos
- 14. Atendiendo a la continuidad de la medida: Instrumentos analógicos: proporcionan una medida que varía de forma continua Instrumentos digitales: proporcionan una medida que solo puede tomar un número finito de valores. Las medidas digitales son más fáciles de integrar en un sistema de control por ordenador. Clasificación de los instrumentos
- 15. Los procesos de medición, necesitan de un elemento sensor, para poder medir el cambio de la variable física deseada. El elemento sensor actúa como los sentidos del ser humano, es capaz de detectar cambios de una variable determinada, en muchos de los caso con una precisión mucho mayor. text ADQUISICIÓN DE DATOS PROCESAMIENTO DE DATOS DISTRIBUCIÓN DE DATOS SISTEMA DE MEDIDA Entrada (Valor verdadero) Salida (Valor medido) Sensor: elemento primario
- 16. Peso Dimensiones Vida media Costo de adquisición Disponibilidad Tiempo de instalación Coste desustitución Tensión Corriente Potencia disponible Frecuencia (si alterna) Estabilidad Características de alimentación Característicasambientales Margen de temperatura Humedad Vibraciones Agentes químicos Entorno electromagnético Elección del elemento primario Otros factores Tipo de conector Situación en caso de fallo Longitud de cable necesaria Coste de verificación Coste de mantenimiento
- 17. Margen de medida Resolución Exactitud deseada Estabilidad Ancho de banda Interferencias Impedancia Sensibilidad Tipo: tensión, corriente, frecuencia Forma de señal: unipolar, diferencial Tiempo de respuesta Destino: presentación, conversión digital, telemedida Elección del elemento primario Otros factores Magnitud a medir Características de salidas
- 18. Un transductor es un elemento encargado de convertir una variable física en otra, la forma mas común es convertir una variable mecánica (presión, velocidad, posición) en una variable eléctrica (voltaje, corriente o impedancia). Por lo que puede entenderse como un convertidor Transductor Transductor Señal mecánica I(t) Señal eléctrica O(t)
- 19. La norma ISA S51-1984 (1992) sensor y define así los términos transductor Sensor: Parte de un lazo o un instrumento que primero sensa el valor de la variable de un proceso y que asume el valor correspondiente predeterminado para el estado de la salida. El sensor puede estar separado o integrado a cualquier elemento funcional del lazo. Se le conoce también como detector o elemento primario. Transductor (Transducer) : Termino general para un Dispositivo que recibe información de una o más formas de cantidades físicas, modificando esta información y/o su forma produciendo una señal de salida. Dependiendo de su aplicación en el proceso puede ser un elemento primario, transmisor, relé , convertidor u otro dispositivo. Elección del transductor
- 20. T R P A A N S I S V D O S U T O R E S A C T I V O S POR VARIACIÓN DE RESISTENCIA POR VARIACIÓN DE IMPEDANCIA ESPECIALES POTENCIÓMETRO GALGA EXTENSIÓMÉTRICA TERMISTOR TERMORESISTENCIA FOTORESISTENCIA VARIACIÓN DE CAPACITANCIA VARIACIÓN DE INDUCTANCIA TRANSFORMADOR DIFERENCIAL VARIACIÓN DE PERMEABILIDAD EFECTO HALL CÉLULA FOTOEMISIVA(EFECTOFOTOELÉCTRICO) CÁMARA DE IONICIACIÓN (RADIACIÓN) TERMOPAR SENSOR PIEZOELÉCTRICO TACOGENERADOR CÉLULAFOTOEMISIVA Clasificación de los transductores
- 21. El elemento acondicionador toma la señal medida por el sensor y la convierte en una señal más adecuada para ser procesada. Los acondicionadores, son subsistemas activos, es decir, toman energía de una fuente externa para amplificar y manipular la variable o señales que entran a ellos. Acondicionamiento de señales
- 22. No es compatible con el resto del sistema Alto contenido de ruido El sistema no es lineal Las impedancias no están adaptadas Los niveles de amplitud son demasiado altos o demasiado bajos Acondicionamiento de señales Normalmente la señal de salida de los sensores no es apropiada para ser procesada debido a los siguientes factores:
- 23. El proceso de acondicionamiento incluye todas o algunas de las siguientes operaciones: Filtrado: disminución del ruido, adaptación de impedancias y amplificación (o atenuación) Digitalización: Muestreo y Cuantificación Codificación: Binario Natural, ASCII, otros Linealización Acondicionamiento de señales
- 24. En la mayor parte de los sistemas de medida, la variable de interés varía tan lentamente que basta conocer las características estáticas de los sensores. También se aplican a todo instrumento de medida. Características estáticas
- 25. Rango (campo de medida) El rango de entrada de un elemento se especifica con los valores mínimo y máximo de la entrada (I(t)) es decir, el valor de IMIN salida a IMAX. El rango de se especifica con los valores mínimo y máximo de la salida (O(t)) es decir los valores OMIN a OMAX. Por ejemplo, un transmisor de presión puede tener un rango de entrada de 0 psi a 25 psi y un rango de salida de 4 mA a 20 mA.
- 26. Elevación de cero: Es la cantidad con la cual el valor cero de la variable medida supera al valor inferior del rango. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como porcentaje del span o del rango. Supresión a cero: Es la cantidad con la cual el valor inferior del rango supera al valor cero de la variable medida. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como porcentaje del span o rango. Rango con elevación de cero: Es el rango de medida en el cual valor cero de la variable o señal medida es mayor que el valor inferior del rango. Rango supresión de cero: Es el rango en el cual el valor cero de la variable o señal medida es menor que el valor inferior del rango. Variación del rango
- 28. Span (alcance) Ejemplo, un transmisor de presión tiene un span de entrada de 230 psi y un intervalode salida de 16 mA. El span es la variación máxima en la entrada o en la salida, es decir el intervalo de entrada en IMAX-IMIN y el span de salida OMAX-OMIN.
- 31. Resistencia T2-T3 360º 0º Zona muerta Zona muerta αm T erminales T T T 1 2 3 α (a) (b) Ángulo de giro, αm Zona muerta
- 32. Magnitud a medir,X Xsat Salida 111 110 101 100 011 010 001 0,500 1,00 Salida 000 0 Resolución, histéresis, saturación Tensión de entrada,(V) Resolución Histéresis Saturación
- 33. Resolución: Es la más pequeña cantidad que puede ser medida con certeza, por ejemplo, un multímetro de 5 1/2 dígitos puede mostrar 200000 consecuencia la cuentas, y en resolución será igual a 1 dígito. Por ejemplo, 1 microvoltios en la escala de 200 V Alta resolución Baja resolución Resolución
- 34. Exactitud: (Accuracy): Grado en que la indicación de un instrumento se aproxima al valor verdadero de la magnitud medida. Valor exacto o verdadero: El que se obtiene por un método en el que los expertos coinciden como que es suficientemente exacto para servir de referencia. (Patrón) La exactitud de un sensor se determina mediante calibración estática, esto es, variando lentamente la entrada y tomando valores: curva de calibración. Para conocer la magnitud de entrada hace falta un patrón de referencia. Su valor debe conocerse con una exactitud al menos diez veces mayor que la del sensor que se calibra. Exactitud (accuracy)
- 35. Alta exactitud Baja exactitud Exactitud (accuracy)
- 36. Baja precisión Alta precisión Precisión (fidelidad)
- 37. Exactitud, precisión, repetibilidad No repetible, no exacto No repetible, exacto Repetible, no exacto Repetible, exacto
- 38. Error en la medida
- 39. % de la lectura, % del span, % del fondo de escala, en «unidades de ingeniería», en el caso de instrumentos digitales Error en la medida Error: divergencia entre la indicación del instrumento y el verdadero valor de la magnitud medida. 100% E VREAL VR VM VR ERELATIVO 100% ABSOLUTO Error absoluto: resultado de la medida – valor real EABSOLUTO VMEDIDO VREAL Error relativo: cociente entre el error absoluto y el valor verdadero. Puede expresarse de varias maneras:
- 40. Error en la medida Fuente:Creus,Antonio. Instrumentación industrial, 7º ed.P .8
- 41. Errores grandes Errores sistemáticos Errores aleatorios Además, Errores estáticos Errores dinámicos Tipos de errores
- 42. ERRORALEATORIO se presenta: por variaciones impredecibles, temporales y espaciales, de las magnitudes de influencia. ERROR SISTEMÁTICO se presenta: por un efecto reconocido, puede ser cuantificado y reducido mediante una corrección o factor de corrección para compensar dicho efecto. Tipos de errores
- 43. ERRORES GRANDES ERRORES SISTEMÁTICOS ERRORES ALEATORIOS ERRORES DE EQUIPO ERRORES AMBIENTALES 1. Mala lectura de los instrumentos 2. Cálculos errados 3. Instrumento no apropiado 4. Ajuste incorrecto u olvido del cero 5. Efectos de carga despreciados 1. Fricción en los rodamientos 2. Componentes no lineales 3. Error de calibración 4. Equipo dañado 5. Pérdidas durante la transmisión 1. Cambios de temperatura, humedad, campos eléctricos y magnéticos errantes Eventos desconocidos que causan variaciones pequeñas en las mediciones. A menudo bastante inexplicables y al azar. COMO ESTIMARLOS No es posible estimar su valor matemáticamente 1. Compare con patrones más aproximados. 2. Determine si el error es constante o proporcional Cuidadoso registro de los cambios de las variables. Cálculo de los cambios esperados Tomar muchas lecturas y aplicar análisis estadístico para variaciones inexplicables MÉTODOS DE ELIMINACIÓN O REDUCCIÓN 1. Cuidadosa atención a los detalles cuando realiza las mediciones y los cálculos 2. Advertir las limitaciones de los instrumentos 3. Utilizar dos o más observadores para tomar datos críticos 4. Tomar al menos tres lecturas para evitar errores de apreciación 5. Estar motivado en la obtención de resultados correctos importantes 1. Cuidadosa calibración de los instrumentos 2. Revisión del equipo para lograr y asegurar una operación apropiada 3. Aplicar correctamente los factores una vez hallados los errores del instrumento 4. Utilice uno o más métodos para medir un parámetro 1. Selle herméticamente los equipos y componentes bajo prueba 2. Mantenga constante la temperatura y la humedad por medio de acondicionamiento de aire 3. Blinde los componentes y equipos contra campos magnéticos errantes 4. Utilice equipo que no sea afectado apreciablemente por cambios en el medio ambiente 1. Diseño cuidadoso de los instrumentos de medición para evitar interferencias indeseadas 2. Uso de la evaluación estadística para la mejor estimación de los verdaderos valores de las lecturas logradas en las mediciones
- 45. min min min max O(t) O(t) O(t)max O(t) I(t) I(t) I(t) I(t) min max min I(t) O(t)min I(t) K O(t)max O(t)Ideal KI a N(I ) O(I ) KI a N(I) x100 N(%) O(t)max O(t)min Linealidad Se dice que un elemento es lineal si los valores correspondientes de I (input) y O (output) están sobre una línea recta.
- 47. Otros términos Temperatura de servicio Vida útil Reproductibilidad Rangeabilidad Resolución infinita Respuesta frecuencial Factor de escala Clase Deriva Deriva de cero térmica Deriva de cero Fiabilidad Ruido
- 48. Ejemplos de especificaciones Voltímetro DC - digital VoltímetroAC - digital