28
Control, Instrumentaci Control, Instrumentaci ó ó n e Instalaciones. n e Instalaciones. M M á á ster ster en Ingenier en Ingenier í í a Ambiental. a Ambiental. 1 CONTROL, INSTRUMENTACIÓN E INSTALACIONES Dr. Diego Ramírez Muñoz

Presenta PID

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 1

CONTROL, INSTRUMENTACIÓN E INSTALACIONESDr. Diego Ramírez Muñoz

Page 2: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 2

CONTENIDO

I.- Introducción y conceptos básicos.

II.- La instrumentación en el procesamiento ambiental del agua.

IV.- La actuación en el procesamiento ambiental del agua.

III.- El control de procesos en el procesamiento ambiental del agua.

V.- Instalaciones.

Page 3: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 3

I.- Introducción y conceptos básicos.

1.- Conceptos generales y terminología. (1,5 h)

Definiciones previas.

Diagrama de bloques de un proceso controlado.

Tipos de sistemas de control.

Esquemas en un proceso controlado.

Page 4: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 4

Cualquier método capaz de forzar los parámetros de un entorno a un valor determinado (objetivo de control).

Conceptos generales y terminologíaDefiniciones

previas

EjemplosForzar la temperatura de un recinto a 21ºC.

Guiar una nave espacial a Saturno.

Control

Conjunto de elementos necesarios para conseguir el objetivo de control sobre un proceso determinado.

Sistema

de control

Mantenimiento de un parámetro a un valor determinado (valor de referencia) de forma independiente a influencias externas.

Regulación

Page 5: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 5

Diagrama de bloques de un proceso controlado

Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.

Elementos constitutivos

una variable a controlar proceso uni-variable

varias variables a controlar proceso multivariable (planta)

Proceso

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Proceso

Page 6: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 6

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

MedidaProceso empírico y objetivo de asignación de números a las

cualidades de los objetos o acontecimientos del mundo físico real.

Empírico Está basado en la experimentación.

Objetivo No depende del operario.

Transforma la información de interés en una señal mejor procesable (eléctrica, neumática, hidráulica).

La señal que proporciona el sensor es transformada en otra señal de cierta amplitud capaz de ser procesable por subsistemas digitales (CAD).

Sensor

Acondicionador

Page 7: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 7

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Detector de error

Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar.

Elemento muy importante en el control de un proceso en función de su respuesta el control actúa.

Page 8: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 8

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

ControladorRealiza una acción determinada en función del detector de error.

Generalmente los procesamientos requeridos son realizados por un µP o computador.

Page 9: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 9

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Elemento final de control

Ejecuta una acción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador.

Representado por electroválvulas, motores, lámparas, relés, etc.

Page 10: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 10

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

ActuadorElemento intermedio entre el controlador y el elemento final.

Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador.

Page 11: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 11

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

r: referencia.

c: variable a controlar.

b: representación acondicionada de la variable a controlar.

p: señal de salida del controlador.

u: variable que controla el proceso.

Page 12: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 12

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.

Page 13: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 13

Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Ejercicio propuesto nº 1

¿Diagrama de bloques?

• Control de nivel al setpoint Nsp.

• Control de tª al setpoint Tsp.

• Control del caudal de salida al setpoint Qsp.

Page 14: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 14

Tipos de sistemas de control

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Control ON/OFF

En este tipo de control o se calienta o se enfría o no se hace nada.

El elemento final de control tiene solo 2 estados posibles.

No es posible una variación continua entre ellos.

Page 15: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 15

Tipos de sistemas de control

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Controlanalógico

Todas las variables y procesamientos existentes en el sistema son de naturaleza analógica.

En el control analógico es posible una variación continua de lasvariables de interés.

En este caso es posible calentar de forma continua el proceso.

Page 16: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 16

Tipos de sistemas de control

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Controldigital

Existen señales digitales pero lasseñales procesadas por los buclesde control son analógicas

Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.).

Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.

Supervisióndigital

Page 17: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 17

Tipos de sistemas de control

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Controldigital

La unida de procesamientodigital (computador) asume el papel de varios elementos del sistema de control (detector de error, controlador, etc.)

Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.).

Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.

Controldigital directo

Page 18: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 18

Esquemas en un proceso controlado

Necesarios para interpretar y conocer el funcionamiento de un proceso controlado.

Utiliza un conjunto de símbolos y definiciones estándar desarrolladas por ANSI e ISA.

ANSI: American National Standard Institute.

ISA: Instrumentation, Systems and Automation Society.

El estándar es el ANSI/ISA S5.1-1984 (R1992).

La representación del proceso controlado de acuerdo al estándar da lugar a los diagramas

PID (Piping and Instrumentation Diagrams)Los elementos que intervienen en un diagrama PID son:

Elementos básicos.Símbolos de líneas.Símbolos de instrumentos o equipos.Símbolos de actuadores.Otros símbolos.

Page 19: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 19

Esquemas en un proceso controlado

Proceso o planta a controlar.Etiquetas de identificación de la función de un elemento. Notas aclaratorias.

Señales eléctricas (4-20 mA) representadas por líneas discontinuas.Señales neumáticas (3-15 psi) línea contínua barrada.Señales digitales línea contínua con círculos.

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Elementos básicos

Símbolos de líneas

Page 20: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 20

Esquemas en un proceso controlado

Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc.Definidos por:

una forma especifica su accesibilidad.una letra especifica una función. un número especifica su localización o bucle en el que se encuentra.

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Símbolos de instrumentos

o equipos

Page 21: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 21

Esquemas en un proceso controlado

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Símbolos de instrumentos

o equipos

Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc.Definidos por:

una forma especifica su accesibilidad.una letra especifica una función. un número especifica su localización o bucle en el que se encuentra.

Page 22: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 22

Esquemas en un proceso controlado

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc.

Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Símbolos de instrumentos

(funciones matemáticas)

Aparecen especificadas en un diagrama PID.

Cuando aparecen denotan una implementación por hardware.

Page 23: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 23

Esquemas en un proceso controlado

Tienen diferentes formas cada una propia del tipo de actuador.La norma da libertad (siempre dentro de un estilo común) para la creación

de nuevos símbolos.

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Símbolos de actuadores

Otros símbolos

Son anotaciones adicionales para facilitar la interpretación de los diagramas.

Page 24: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 24

Esquemas en un proceso controladoEjemplo nº 1Vasija de reacción

InstrumentosTT-301 (sensor de tª y transmisor).TC-301 (controlador de tª).

línea interna accesible al operario (sala de control).el setpoint no aparece selección manual.

PY-301 (convertidor de corriente a presión).Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión proporcional

al caudal).Elementos finales

TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor).FV-302 (válvula de salida de reactivo).FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión).TZ-301 (actuador neumático bucle de tª).

Otros símbolosEtiqueta de válvula de control de tª (TV-301).

Bucle de controlTotalmente neumático.FT-302 (transmisor de presión a presión normalizada).FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo).FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario).Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006

by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

TZ301

FZ302

Page 25: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 25

Esquemas en un proceso controladoEjemplo nº 2Tanque de llenado

InstrumentosFC-220 (computador de control de caudal, situado en

campo).desarrolla líneas analógicas 4-20 mA hacia la válvula.desarrolla línea de medida de caudal.

LT-220 (transmisor de nivel, proporciona señal al computador).

LC-220 (computador localizado en la sala de control).su salida es la entrada (setpoint) al bucle de caudal.

YIC-225 (PLC).controla la válvula de vaciado del tanque.

Elementos finalesFV-220 (válvula de control del caudal).Válvula de vaciado del tanque (actuada eléctricamente y

cargada con resorte).Otros símbolos

Etiqueta de válvula de control de caudal (FV-220).Etiqueta de línea de medida de caudal (FO-220).Línea interna digital entre computadores.

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

FZ220

Page 26: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 26

Esquemas en un proceso controlado

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Ejercicio propuesto nº 2

¿Diagrama PID?

Page 27: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 27

Esquemas en un proceso controlado

Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.

Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.

Ejercicio propuesto nº 3

Descripción

Page 28: Presenta PID

Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 28

Referencias

[1] Johnson, C.: “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice Hall, NJ, 2005. ISBN: 0131976699.

I.- Introducción y conceptos básicos.