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Control, InstrumentaciControl, Instrumentacióón e Instalaciones. n e Instalaciones. MMáásterster en Ingenieren Ingenieríía Ambiental. a Ambiental. 1
CONTROL, INSTRUMENTACIÓN E INSTALACIONESDr. Diego Ramírez Muñoz
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.
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.
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
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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
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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ControladorRealiza una acción determinada en función del detector de error.
Generalmente los procesamientos requeridos son realizados por un µP o computador.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.
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Diagrama de bloques de un proceso controladoElementos constitutivos
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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.
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Tipos de sistemas de control
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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.
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Tipos de sistemas de control
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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.
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Tipos de sistemas de control
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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
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Tipos de sistemas de control
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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
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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.
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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.
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Elementos básicos
Símbolos de líneas
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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.
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Símbolos de instrumentos
o equipos
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Esquemas en un proceso controlado
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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.
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Esquemas en un proceso controlado
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Símbolos de instrumentos
(funciones matemáticas)
Aparecen especificadas en un diagrama PID.
Cuando aparecen denotan una implementación por hardware.
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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.
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Símbolos de actuadores
Otros símbolos
Son anotaciones adicionales para facilitar la interpretación de los diagramas.
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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
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TZ301
FZ302
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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.
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FZ220
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Esquemas en un proceso controlado
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Ejercicio propuesto nº 2
¿Diagrama PID?
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Esquemas en un proceso controlado
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Ejercicio propuesto nº 3
Descripción
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Referencias
[1] Johnson, C.: “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice Hall, NJ, 2005. ISBN: 0131976699.
I.- Introducción y conceptos básicos.