simbología e identificación de lazos
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Simbología e identificación de lazos
Identificación
Con objeto de tratar de forma uniforme la identificación de los lazos de medida y control
están asumidas universalmente las definiciones y símbolos del estándar ISAS5.1,
denominado «Instrumentation Symbols and Identification». De acuerdo a este estándar
cada instrumento o función debe ser identificado por un código alfanumérico o tag como
muestra el ejemplo siguiente:
La identificación está formada por varias letras, de las cuales la primera designa el tipo de
variable y la siguiente, o siguientes, identifican las funciones que debe llevar a cabo el lazo
de indicación o control. Para facilitar su localización y las labores de mantenimiento, todos
los componentes de un lazo deben tener el mismo número, diferenciándose en las letras que
le asignan la función. Por ejemplo, si un lazo está identificado por la primera letra como
caudal y tiene asignado el número 25, los componentes principales deberán tener la
siguiente denominación:
Además de las letras y números anteriores, a veces se incluyen prefijos y sufijos cuyo
significado puede ser el siguiente:
• Prefijo. Aclarar la situación del instrumento dentro del proceso, como el número de
unidad o zona del proceso, etc. Por ejemplo, el controlador de caudal 10FC25 se encuentra
en la zona o unidad de proceso 10.
• Sufijo. Se puede utilizar para distinguir varios elementos conectados en el mismo punto.
Por ejemplo, FT25A y FT25B son dos transmisores conectados en el mismo elemento
primario. En la práctica se suelen numerar los lazos empezando por el mismo número de la
serie para cada variable de proceso, independientemente de si se trata de indicadores,
controladores, alarmas, etc. Tomando como ejemplo la variable caudal, un sistema de
numeración de lazos puede ser: FC1, FI2, FI3, FC4, FA5, etc. Al mismo tiempo, las otras
variables empezarán también por el número 1 de serie. Como se ha mencionado
anteriormente, todos los componentes del mismo lazo tendrán el mismo número.
Letras de identificación
A continuación aparecen las letras que se utilizan para el diseño funcional básico de los
lazos de control, así como su significado según la posición que ocupen. Cuando una letra se
designa como «usuario» significa que se pueden utilizar en cada proyecto determinado
asignándole funciones no especificadas por el resto de letras. La letra «X» se utiliza para
designar elementos auxiliares que pueden pertenecer a lo que generalmente se conoce como
«varios». Algunos ejemplos de identificación de lazos pueden ser los que se muestran a
continuación:
Líneas y funciones
Representan las líneas más utilizadas tanto en los (Piping & Instrument Drawing) como en
los diagramas de proceso simplificados que se suelen emplear para diseñar o aclarar los
sistemas de control.
Funciones
En ciertos proyectos, estudios, artículos o simplemente en documentación general sobre
instrumentación aparecen una serie de símbolos correspondientes a funciones auxiliares que
se utilizan en los lazos de control. Suelen ser una asociación de simbología ISA y SAMA
(Scientific Apparatus Manufacturers Association).
Figura 1. Ejemplo de Diagramas.
La Figura 1 muestra un ejemplo de diagrama para llevar a cabo el control de nivel de una
caldera de vapor a tres elementos, agua, vapor y nivel. En este diagrama aparecen todas las
funciones que se llevan a cabo: extracción de raíz cuadrada, filtro, etc. Realmente es un
esquema con tanto detalle que prácticamente solo es necesario ir colocando bloques como
si se tratara de un mecano. En los sistemas de control basados en microprocesadores todas
estas funciones se implementan por configuración.
Figura 2. Ejemplo de Diagramas.
La Figura 2 muestra un diagrama de control equivalente al de la Figura 1, tal como se
representa habitualmente utilizando exclusivamente simbología ISA. Algunas de las
funciones generales de control van implícitamente ligadas al nombre del lazo, o tag. Por
ejemplo, LC ya indica que se trata de un controlador de nivel, el cual tiene asignadas las
funciones de control proporcional, integral y derivativa para seleccionar la que le
corresponda; FX indica que se trata de una función que se debe definir añadiendo lo que
tiene que realizar, en este caso sumatorio.
A pesar de lo anterior, en ocasiones es conveniente recurrir a símbolos para definir ciertas
funciones, en cuyo caso es preferible utilizar los ya existentes. En la tabla siguiente
aparecen los símbolos más utilizados para definir funciones matemáticas que se deben
llevar a cabo en los sistemas de control.
A continuación se muestra otra tabla en la que aparecen funciones que tienen por objeto
limitar las entradas o las salidas, para evitar que se produzcan errores de cálculo cuando se
trata de entradas, o bien de control si se trata de salidas.
Como resumen se muestra un caso de aplicación de los símbolos que aparecen en las dos
tablas anteriores. Se trata de sumar tres caudales para obtener el caudal total de una mezcla.
En condiciones normales estarán indicando valores positivos, pero si uno de ellos deja de
suministrar caudal y existe error en la señal del transmisor puede indicar valores negativos.
Como consecuencia será necesario limitar las entradas para evitar error en el cálculo.
Las funciones matemáticas y su configuración serán:
La Figura 3 corresponde al esquema de control de la función matemática desarrollada para
eliminar los valores negativos de cualquiera de las medidas de entrada. En realidad la
función selector se puede desarrollar en los indicadores de entrada por medio de
configuración; sin embargo, se han incluido funciones auxiliares para indicar además que
no son accesibles por el operador, por lo que siempre actúan de forma automática ante
valores negativos de señal de entrada.
Figura 3
Símbolos
A continuación se muestra la representación de las funciones básicas de control.
En general existen tres tipos de símbolos para conocer la situación física de los
instrumentos:
• Montados en campo.
• Accesibles por el operador.
• No accesibles por el operador.
De forma general, los elementos montados en campo son los primarios y finales. En los
inicios de la instrumentación era muy normal que los elementos de control estuvieran
también situados en campo, pero con la aparición de las señales neumáticas y
posteriormente las eléctricas se procedió a la concentración de los elementos de control en
paneles situados en salas de control. Con la tecnología digital han sido sustituidos los
elementos de control individuales por sistemas de control distribuido, y ha desaparecido el
panel tradicional para ser operadas las unidades de proceso desde consolas con pantallas.
La Figura 4 muestra como ejemplo un sistema de control en cascada con todos los
elementos que lo componen. Como se puede ver, existe gran cantidad de símbolos e
identificaciones que deben aparecer en el P&ID, llegando en algunas ocasiones a saturar el
espacio disponible en el mismo.
Figura 4
Desde un punto de vista de organización de pedidos, documentación, etc., todas las
identificaciones son necesarias porque cada una representa un elemento del lazo de control,
aunque en los diagramas de control se puede simplificar si se tiene en cuenta que algunos
elementos tienen una relación directa con el lazo. En este ejemplo la placa de orificio FE1
está asociada al transmisor, por lo que no es absolutamente necesario dibujar su círculo de
identificación. Igual ocurre con la válvula automática asociada al controlador de caudal
FC1 y al convertidor FY1.
La Figura 5 muestra un esquema simplificado del caso anterior, utilizado frecuentemente en
diagramas de diseño básico, o en aquellos que se utilizan para describir sistemas de control.
Se puede ver que, desde el punto de vista de funcionamiento del lazo, es exactamente igual
al de la Figura 4, aunque ocupa mucho menos espacio. Se da por supuesto que cada
controlador necesita un transmisor, así como un elemento de medida y un convertidor para
la válvula automática. Se pueden añadir letras o números para indicar algún tipo de función,
como ocurre en este caso, en que al controlador de nivel se le añaden las funciones de
alarma tanto de alto como de bajo nivel. Las líneas de unión pueden terminar con punta de
flecha siempre que aclare el funcionamiento de los elementos del lazo de forma que
faciliten su comprensión, sobre todo en aquellos lazos que por su complejidad son difíciles
de seguir. En otros casos no es necesario incluir flechas por ser obvio el sentido de la señal,
como ocurre entre la salida de un controlador y su válvula asociada. Otro detalle a tener en
cuenta es que se debe omitir la representación de líneas que forman parte de un sistema de
interlock o enclavamiento (SE), puesto que estos suelen tener muchas entradas y salidas
lógicas que si fueran representadas podrían llegar a saturar los planos. Solo se suele incluir
el símbolo lógico, tanto en los elementos iniciadores como en los finales, por ejemplo en
presostatos, termostatos, etc., y electroválvulas, bombas, etc., asignándoles el número del
sistema de enclavamiento al que pertenecen. En cualquier caso, la inclusión de todos los
elementos de los lazos de control y enclavamiento corresponde a los criterios seguidos por
cada usuario. Puede que existan casos en los que hay que representar todos los elementos
con su identificación correspondiente y otros en los que se admitan simplificaciones.
Figura 5
Resumen de símbolos
La Figura 6 muestra un resumen de los símbolos utilizados en los P&ID. El estándar ISA-
S5.3, bajo el título «Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display
Intrumentation, Logic and Computer Systems», muestra varios ejemplos de diagramas de
lazos de control para sistemas de control distribuido (SCD’s) y controladores lógicos
programables (PLC’s), uno de cuyos diagramas aparece en la Figura 7
Figura 6
Definiciones
En el estándar ISA-S5.1 aparecen gran cantidad de definiciones para cubrir todo el campo
de la instrumentación y el control, de entre las cuales se van a detallar las más utilizadas.
En muchas definiciones se van a incluir esquemas simplificados tal como aparecen en los
diagramas de tuberías e instrumentos, conocidos habitualmente como P&ID’s (Piping &
Instrument Drawings). En otros casos se representa algún detalle adicional del
comportamiento desde el punto de vista de control. Se pretende asociar la definición con
una imagen visual de la misma, con objeto de facilitar su comprensión. En general se van a
utilizar representaciones con simbología de sistema de control distribuido por ser la más
utilizada en la actualidad.
Figura 7
Alarma. Se trata de un elemento que señaliza la existencia de un mal funcionamiento o
situación anormal por medio de una indicación visual, acústica o ambas. No se debe
confundir el término «alarma» con el elemento iniciador que la produce. Por ejemplo, un
presostato es un elemento que abre o cierra un contacto cuando se produce una presión
anormal en el proceso. Dicho de otra forma, el presostato (PSH) es el elemento que inicia la
función alarma. La Figura 8 muestra dos formas de representar una alarma de alta presión,
bien en la propia identificación (PAH2) o, de forma general, indicando que se trata de una
alarma (PA) colocando junto a ella la función, en este caso la función de alta presión (HI).
Figura 8
Binario. Se trata de un término que se aplica a las señales que solo disponen de dos estados
o posiciones discretas, por lo que no representa ninguna variación continua de cantidad.
Ejemplos de elementos binarios son: estado de marcha-paro de una bomba, estado normal-
alto de un nivel, etc. En muchas ocasiones se utiliza el término «digital» para indicar que se
trata de una señal binaria. Por ejemplo, la señal procedente de cualquier presostato,
levostato, etc., se conoce como entrada digital.
La Figura 9 añade una aclaración a la Figura 8, utilizada aquí exclusivamente para aclarar
este concepto. La transmisión se realiza por medio de un sistema binario puesto que el
presostato solo puede hacer que se abra o se cierre un contacto.
Figura 9
Configurable. Este término se aplica a los elementos o sistemas que pueden ser
modificados en su funcionamiento por medio de programación, sin necesidad de alterar el
cableado de entradas o salidas. Lógicamente solo se puede aplicar a los elementos que se
comunican vía software.
La Figura 10 representa un caso típico de modificación de la configuración que aparece en
la Figura 2 cuando se produce un fallo en la medida de caudal de vapor. Sin necesidad de
modificar el cableado de señales se envía la salida del controlador de nivel al punto de
consigna del controlador de caudal de agua, quedando eliminada temporalmente la señal de
caudal de vapor.
Figura 10
Controlador Lógico Programable (PLC). La National Electrical Manufacturers
Association (NEMA) define el PLC como: «Un aparato electrónico que opera digitalmente,
utilizando una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones que
realizan funciones específicas, tales como lógica, secuencias, temporización, integración y
cálculos aritméticos para controlar, a través de módulos analógicos o digitales de entradas y
salidas, varios tipos de máquinas o procesos. Un ordenador digital, si se utiliza para llevar a
cabo las funciones de un controlador programable, se considera dentro de este alcance. Se
excluyen todos los programadores de tipo mecánico».
La Figura 11 muestra un diagrama de bloques de un PLC actual de acuerdo a la definición
anterior.
Figura 11
Convertidor. Es un instrumento que recibe información de un tipo de señal y la transmite
en otro tipo de señal. Ambas señales deben ser de las utilizadas por instrumentación. Un
ejemplo de convertidor es el utilizado en las válvulas automáticas para pasar una señal
eléctrica de 4 a 20 mA procedentes del sistema de control a otra neumática de 3 a 15 PSI
utilizada por la válvula.
Figura 12
En la Figura 12 se muestra el ejemplo descrito, y aparece además otro tipo de símbolo que
se utiliza a veces para designar que se trata de un convertidor electroneumático. Cuando la
conversión se realiza para pasar la señal de salida de un sensor de medida a una señal
eléctrica no se considera convertidor sino transmisor. Por ejemplo, el paso de la variación
de capacidad, en la medida de caudal, a una señal de 4 a 20 mA, la realiza un transmisor.
Como excepción se tiene el paso de mV procedentes de un termopar a mA de salida,
considerado como convertidor mV/I o el procedente de termómetros de resistencia a
intensidad, también en la medida de temperatura.
Elemento de cálculo. Puede ser cualquier elemento o función que realiza algún tipo de
cálculo o función lógica, o bien ambas, y proporciona una señal de salida como resultado
de la operación. En instrumentación analógica se conoce algunas veces con el nombre de
relé de cálculo. En instrumentación electrónica son tarjetas que llevan a cabo algún cálculo
matemático, por ejemplo un multiplicador de dos señales. En instrumentación digital ha
pasado a ser una función desarrollada por software que realiza las mismas tareas que los
sistemas analógicos neumáticos o electrónicos, lógicamente ampliadas por la capacidad que
posibilitan los microprocesadores.
Elemento final de control. Es el elemento conectado al proceso que actúa de acuerdo al
valor de la variable manipulada dentro del lazo de control. Generalmente se trata de una
válvula automática, pero también puede ser un damper instalado en un conducto, las
persianas de un aerorrefrigerante, un motor de velocidad variable con variador de
frecuencia, etc.
Elemento primario o sensor. Es la parte del lazo de control o indicación que detecta el
valor de la variable de proceso. Puede ser un elemento independiente o formar parte de otro
elemento del lazo. A veces se conoce con el nombre de detector. Como ejemplo de
elementos independientes se tienen los termopares o termorresistencias, placas de orificio,
etc., mientras que algunos tipos de detectores están formados por un conjunto, por ejemplo
los realizados por medio de medidores de desplazamiento positivo, cuyo elemento primario
es el propio contador.
La Figura 13 es un ejemplo de los símbolos utilizados en una serie de elementos primarios
basados en placas de orificio, desde el orificio de restricción para hacer que circule un
caudal determinado y fijo, con objeto de generar pérdida de carga constante, a los sistemas
de medida en que el transmisor y la placa de orificio forman un conjunto inseparable.
La Figura 14 muestra los símbolos utilizados para algunos tipos de elementos primarios
basados en diferentes conceptos o tecnología de medida.
Estación auto-manual o Estación de control. Es un algoritmo de control que genera una
señal de salida, generalmente hacia otro algoritmo de control o hacia un elemento final de
control. Puede actuar en modo manual o automático. En modo manual genera su propia
salida, mientras que en automático deja pasar la señal desde otro algoritmo que disponga de
salida, tal como un controlador. Normalmente se identifica como HC (Hand Control).
Figura 13
Figura 14
Figura 15
Figura 16
En la Figura 16 aparece un detalle de cómo actúa realmente la configuración de la Figura
15 haciendo un símil eléctrico. La conmutación se lleva a cabo realmente al cambiar de
modo, por lo que no existe físicamente.
Estación manual. Un elemento o función que tiene una salida ajustable manualmente
utilizada para actuar sobre uno o más elementos remotos. No dispone de conmutación
automático-manual como la estación de control.
La Figura 17 muestra dos ejemplos de estaciones manuales. La primera de ellas se utiliza
para mover una válvula manualmente desde el sistema de control y la segunda se utiliza
para modificar simultáneamente el punto de consigna de dos controladores de temperatura.
Sistema de control distribuido. Está formado por subsistemas separados físicamente,
incluso ubicados de forma remota unos respecto a otros, que funcionan conjuntamente
desde el punto de vista de funciones de indicación y control.
La Figura 18 muestra, de forma simplificada, que el SCD es un tipo de instrumentación
(entradas, salidas, elementos de control y elementos de interfaz al operador) que, además de
llevar a cabo las funciones de control, permite la transmisión de medidas, acciones de
control e información al operador hasta o desde diferentes lugares, en los cuales se
encuentran los elementos de control, conectados por un puente de comunicación o vía de
datos.
Switch. Se trata de un elemento que puede interrumpir, cerrar, desconectar, conectar,
seleccionar, etc., uno o más circuitos. Esta definición hace que, genéricamente, tanto
interruptores como conmutadores estén incluidos dentro de este grupo.
La Figura 19 muestra diferentes combinaciones de los switch utilizados más
frecuentemente. El sistema de actuación puede variar dependiendo de cada caso, por
ejemplo, por medio de bobinas que actúan como electroimanes, por medio de palancas
actuadas mecánicamente, por medio de pulsadores manuales, etc.
Transductor. Este término se aplica a aquellos elementos que reciben información de
alguna propiedad o cantidad física, transforman su unidad de medida y proporcionan una
señal de salida. Se trata de un término genérico que, dependiendo de su aplicación, puede
tratarse de un transmisor, convertidor, etc.
No se suele utilizar precisamente por su falta de definición.
Figura 17
Figura 18
Figura 19
Transmisor. Es un elemento que detecta el valor de una variable de proceso por medio de
un sensor y suministra una salida proporcional al valor de la variable de proceso particular.
Como ejemplo se tienen los transmisores de presión diferencial para medir caudal o nivel,
transmisores de presión, etc. El sensor puede formar parte del transmisor o no. Por ejemplo,
el sensor para la medida de temperatura será un termopar o termorresistencia, cualquiera de
los cuales se encuentran fuera del transmisor. Sin embargo, el sensor para medir caudal por
medio de una turbina se encuentra dentro del conjunto de medida y transmisión de la propia
turbina.
SÍMBOLOS DE LÍNEAS
La simbología de líneas representa la información única y critica de los diagramas de
instrumentación y tuberías. Las líneas indican la forma en que se interconectan los
diferentes instrumentos así como las tuberías dentro de un lazo de control. Las líneas
pueden indicar diferentes tipos de señales como son neumáticas, eléctricas, ópticas, señales
digitales, ondas de radio etc.
Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación (o bien de
purga de fluidos):
AS Alimentación de aire.
ES Alimentación eléctrica.
GS Alimentación de gas.
HS Alimentación hidráulica.
NS Alimentación de nitrógeno.
SS Alimentación de vapor.
WS Alimentación de agua.
SÍMBOLOS DE VÁLVULAS Y ACTUADORES
VÁLVULAS
Símbolos para válvulas de control:
ACTUADORES
Símbolos para actuadores.
ACCIÓN DEL ACTUADOR EN CASO DE FALLO DE AIRE (O DE
POTENCIA)
Ejemplo 1:
Ejemplo 2:
