terminologia de procesos

7/21/2019 Terminologia de Procesos

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Colegio Salesiano deConcepcin Escuela Industrial San Jos Departamento deElectrnica

CONCEPTOS BSICOS, TERMINOLOGA YTCNICAS PARA EL CONTROL DEPROCESOS

Preparado por: Cristhian Beltrn Provoste


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Conceptos bsicos, terminologa y tcnicas para el control de procesos

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Cualquier estudio de control de procesos debe comenzar por investigar cual es el concepto deproceso

!esde el punto de vista de la producci"n, se considera un proceso como un lugar donde se #untanmaterias primas ms alg$n tipo de energa para producir un producto deseado

!esde el punto de vista del control, el signi%icado es ms especi%ico &nproceso se identi%ica comouna o ms variables asociadas cuyos valores es importante conocer y controlar

Para comprender ms claramente estos conceptos nos apoyaremos en un proceso industrialsimple, un Intercambiador de Calor 'n este proceso, para mantener la temperatura del producto(agua caliente) se debe disponer de otra variable capaz de a%ectar la variable que est siendocontrolada y que pueda ser manipulada por el sistema de control

*apor

+ensor de ,emperatura'

-gua %ra -gua caliente

Condensado

'n este e#emplo, el sistema de control manipula la posici"n de una vlvula de vapor +in embargo,

la temperatura del agua depende no s"lo de la posici"n de esta vlvula, sino tambin del caudal deagua, su temperatura de entrada, el grado de ensuciamiento del intercambiador y la temperaturaambiente

'ste simple e#emplo muestra las variables controlada, manipulada y decarga

*-./-B0' 1-2/P&0-!-

P.3C'+3*-./-B0' C32.30-!-

*-./-B0'+ !' C-.4-

* Controlada : emperatura de salida

* 1anipulada : Posici"n de la vlvula

* de Carga : emperatura ambiente

Caudal del agua de entrada

emperatura del vapor

+uciedad del intercambiador

/ntercambiadorde Calor


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Variables Controladas, son los parmetros que indican la calidad del producto o las condicionesde operaci"n del proceso, tales como:

5

Presi"n

5

emperatura

5

2ivel

5

Caudal

5 *elocidad

5

6umedad

5

Posici"n, etc

Variables Manipuladas, es la variable que se modi%ica o manipula para provocar un cambio sobrela variable controlada

'#emplos: 7 Posici"n de una vlvula

-

*elocidad de un motor- -ccionamiento de un interruptor

Variables de Carga, son todas aquellas variables que a%ectan a la variable controlada, menos laque esta siendo manipulada

'#emplos: 7 emperatura ambiente

7 +uciedad en el intercambiador


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El Problem a del Contro l

0a relaci"n entre las variables controladas, manipuladas y de cargas de%inen la necesidad de uncontrol de proceso

0a variable manipulada y las distintas variables de carga pueden aumentar o disminuir la variablecontrolada seg$n el dise8o del proceso

'n el caso del intercambiador de calor los aumentos de la apertura de la vlvula de vapor, latemperatura de entrada y la temperatura ambiente, tienden a elevar la temperatura del producto(agua de salida), mientras sta ba#a por aumentos de caudal y ensuciamiento del intercambiador0a temperatura de salida responde al e%ecto neto de estas in%luencias +i las in%luencias positivasson mayores que las negativas, la temperatura se eleva +i se da el caso contrario, la temperaturaba#a

+i todas las variables de carga han de permanecer constantes, es posible a#ustar la vlvula devapor hasta que la temperatura del producto sea constante al valor deseado, y permanecer allinde%inidamente

'l equipo de control de proceso es necesario puesto que estas variables no permanecenconstantes Por e#emplo, las variaciones tanto de la temperatura de entrada como del caudal

modi%ican la temperatura del producto, y se requiere una posici"n di%erente de la vlvula de vaporpara que la temperatura del agua pueda permanecer en el valor deseado 0a tarea del sistema decontrol es la de determinar y actualizar continuamente esta posici"n de vlvula a medida quecambien las condiciones de carga

Por lo general, el problema del control es el de determinar el $nico valor de la variable manipuladaque establece un equilibrio entre todas las in%luencias sobre la variable controlada y mantenerestacionaria la variable en el valor deseado

+in importar cuan complicado sea, cada sistema de control resuelve este mismo problema bsico,y para un proceso y condiciones de carga dadas se debe llegar al mismo resultado

'l problema de control puede ser resuelto s"lo de dos maneras, cada uno correspondiente a una%iloso%a bsica de dise8o de sistemas de control

5

Control 9eed Bac o .ealimentado

5

Control 9eed 9or;ard o de -nticipaci"n

0os sistemas 9eed Bac generan la se8al de control en base a la di%erencia entre los valores demedici"n real y de re%erencia

'n los sistemas 9eed 9or;ard, la se8al de control se genera a partir de valores basados en lasdistintas variables de carga a medida que stas van a%ectando el proceso

0os sistemas de control 9eed Bac o realimentados son ms comunes que los sistemas 9eed9or;ard


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Sist em as d e Cont ro l F e ed Back

-qu, el valor de la variable controlada responde al e%ecto neto de las cargas y a la variablemanipulada &n sensor < transmisor mide el valor actual de la variable controlada y enva una se8alal controlador %eed bac donde la se8al es comparada con un valor de re%erencia 0a %unci"n decontrol en un controlador genera una se8al de salida que posiciona una vlvula en base al signo ymagnitud de la di%erencia entre los valores de medici"n y de re%erencia o a#uste

*apor

.e%erencia (= deseada),C

= .eal

-gua %ra -gua caliente

Condensado

9unci"n de Controlcon .ealimentaci"n .e%erencia

*ariable

1anipulada >

Proceso*ariables de Carga *ariable Controlada

'n el e#emplo para el intercambiador de calor, un transmisor de temperatura genera continuamenteuna se8al que representa la temperatura real del agua caliente 'n el controlador, esta se8al essustrada del valor a#ustado por el operador que representa la temperatura deseada +i estos

valores son iguales, la posici"n real de la vlvula es correcta, y el controlador no cambiar susalida +in embargo, si el valor real est por deba#o del valor de re%erencia, el controlador cambiarsu salida en la direcci"n que hace abrir la vlvula de vapor y lo que elevar la temperatura desalida /nversamente, si la temperatura real se encuentra por encima del valor deseado, elcontrolador cambiar su salida en la direcci"n que hace cerrar la vlvula de vapor, ba#ando latemperatura de salida

!e este modo, un controlador %eed bac resuelve el problema de control mediante unprocedimiento de prueba y error

/ntercambiadorde Calor


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S is t e m as de Cont r o l F e edFo r w a r d

1ientras el control %eed bac es reactivo por naturaleza, y responde al e%ecto de una perturbaci"n,los esquemas %eed %or;ard responden directamente a las perturbaciones y, por lo tanto, o%recen uncontrol me#orado

9unci"n de Controlcon .ealimentaci"n .e%erencia

*ariable 1anipulada

Proceso *ariable Controlada

*ariables de Cargas

0os transmisores miden los valores de las variables de carga, y una unidad de clculo enva lase8al correcta de control para el valor de re%erencia y las condiciones de carga e>istentes, !e estamanera, los cambios de las variables de carga provocan un cambio directo de la se8al de controlsin esperar que se modi%ique la variable controlada

Por lo general, esta tcnica es ms complicada y ms costosa +e requiere una mayorcomprensi"n del proceso Por lo tanto, el control %eed %or;ard esta reservado para aplicacionesdi%ciles y crticas

>


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Elem entos que con stitu y en un Controlador F eed B ack

Prescindiendo del hard;are usado para la implementaci"n, el concepto de control conrealimentaci"n es siempre el mismo 'l primer mecanismo con realimentaci"n (%eed bac) %uemecnicamente conectado en %orma directa al proceso y a la variable manipulada

Cuando la transmisi"n neumtica y electr"nica hizo posible la e>istencia de salas de controlcentral, se inici" el desarrollo de controladores neumticos y electr"nicos

0o ms moderno hoy en da son los DCS?, sistemas de control distribuido, con controladores yaimplementados en so%t;are 0os !C+ pueden tener una gama bastante e>tensa de caractersticasentre las cuales se puede mencionar:

5

-larmas automticas

5

'nclavamientos de salida y linealizaci"n

5 Compensaci"n de se8ales incorporadas

+in embargo, ninguna de estas caractersticas cambia la %unci"n bsica del controlador %eed bac,resolver el problema de control

odos los controladores %eed bac deben tener ciertos elementos comunes 0a %unci"n de control%eed bac tiene siempre dos entradas como mnimo y una salida &na entrada ser la(s) se8al(es)de medici"n proveniente(s) del o los transmisores@ la otra, el valor de re%erencia Para loscontroladores %eed bac, la se8al de re%erencia se denomina punto de a#uste o set point, quenormalmente representa el valor deseado de la medici"n

+et Point A error +alidaControlador Proceso

7

+ensor


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Lao abierto ! ersu s la o cer rado

&na vez instalado el controlador %eed bac dentro de un proceso y ubicado en automtico, secrea un lazo cerrado 0a salida del controlador a%ecta la medici"n y viceversa 'ste lazo cerradocrea la posibilidad de control a travs de realimentaci"n

+i este e%ecto se rompe en cualquier direcci"n, el lazo se dice que est abierto, y ya no hay mscontrol con realimentaci"n &n lazo de realimentaci"n se puede abrir por distintas razones:

1. Colocacin del controlador en manual, lo cual hace que la salida se mantenga constante (amenos que sea cambiada por el operador) a$n cuando cambie la medici"n

2. alla del sensor o del transmisor, con lo cual termina la capacidad del controlador deobservar la variable controlada

!. Saturacin de la salida del controlador a " 1"" # de la escala$ con lo cual termina lacapacidad del controlador de in%luir en el proceso

%. alla del actuador de la &l&ula a causa de la 'riccin o residuos en la &l&ula.

Cuando un lazo de control no parece estar operando adecuadamente, lo primero a veri%icar es si ellazo est o no cerrado - menudo, se gasta mucho tiempo en tratar de a#ustar un controladorcuando el problema est en alguna otra parte del lazo


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"n st rum ent aci#n indu st ri a l

"nstrumentos que componen un lao de control

Perturbaciones o *ariables de Carga

*ariable 1anipulada *ariable ControladaProceso

'lemento9inal !eControl

+ensor

,ransmisor

Controlador

+et Point

Los Elementos Primarios o Sensores, son los que estn en contacto directo con lavariable controlada y son los encargados de observar y medir lo que se quiere controlar

- ubo de Bourdon

- Placa de 3ri%icio

- Bimetal

$ransductor, es un elemento o dispositivo el cual recibe in%ormaci"n o se8al en %orma deuna cantidad y magnitud y la convierte en otra %orma, ya sea la misma o de otra cantidad omagnitud

- &n Parlante

- &n rans%ormador

- &n sensor Corriente(elctrica)

-udio(ac$stico)

Nota: ransductor es un trmino genrico y se aplica a clases especi%icas de dispositivos,tales como, elementos primarios, transductores de se8al y transmisores


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D $ransmisor %$&', es un transductor el cual capta la variable de proceso a travs del sensory la transmite a distancia en %orma estandarizada, ya sea una se8al neumtica de margenD a E psi (libras por pulgada cuadrada), electr"nica de F a G m- en corriente continua odigital utilizando algunos transmisores inteligentes conectados directamente a los P0C

- ransmisores de Presi"n

- ransmisores de Caudal

- ransmisores de emperatura

- ransmisores de 2ivel

F Controladores, Comparan la variable controlada (presi"n, nivel, temperatura) con un valordeseado y e#ercen una acci"n correctiva de acuerdo con la desviaci"n

0a variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bienindirectamente en %orma de se8al neumtica, electr"nica o digital procedente de untransmisor

- Controladores P/!

- Controladores 0"gicos Programables P0C

E Elemento Final de Control, recibe la se8al del controlador y act$a directamente sobre lavariable manipulada modi%icndola

- -ctuadores de vlvulas

- 1otores

- .els

- +olenoides

H Con!ertidores, son aparatos que reciben una se8al de entrada neumtica (D a E psi) oelectr"nica (F a G m- cc) procedente de un instrumento y despus de modi%icarla o

convertirla envan la resultante en %orma de se8al de salida standard- Convertidores P


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(lgunos t)rminos util ia dos en contro l d e proc es o

Set Point (punto de a#uste o re%erencia)

's una variable de entrada la cual se a#usta al valor deseado de la variablecontrolada

'#emplo: ermostato+et Point I E =C

G E G E DG =C

Banda Muerta (dead band)

Puede ocurrir un cambio en la entrada, sin que se note en la salida 0a bandamuerta produce un retraso entre la entrada y la salida

D Error

's la di%erencia entre la re%erencia (set point) y la medici"n (sensor)

Error ( )alor Deseado * )alor +eal

F *ango (campo de medida)

's la regi"n entre los limites dentro del cual una cantidad es medida, recibida otransmitida

'#emplo: JE =C

.ango : JE =C JE =C

JE =C

E Span (alcance)

's la di%erencia algebraica entre el valor alto y el ba#o del rango

'#emplo:

E =C

+pan I E =C K ( 7E =C ) I EG =C

7E =C


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$ a b la c o m p a r a t i! a *a ng o + S p an

.angostpicos

2ombre .ango*alor in%erior

del rango*alor superior

del rango +pan

G AGG 7 G 7 GG G AGG GG

G AGG.ango de

cerosuprimido

G 7 GG G AGG LG

7E G AGG.ango de

cero elevado7E 7 GG 7E AGG E

7GG G .ango decero elevado

7GG 7 G 7GG G GG

7GG 7G .ango decero elevado

7GG 7 G 7GG 7G LG


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Simbologa d e in st ru m entos g en er al e s

/nstrumento ubicado en terreno

/nstrumento ubicado en panel, accesible al operador

/nstrumento au>iliar, accesible al operador

/nstrumento no accesible al operador

+istema de Control !istribuido (!C+), ubicado en sala de

control *isualizaci"n, control, registro, alarma, indicaci"n

!C+, en panel au>iliar /nter%ace au>iliar del operador

!C+, no accesible al operador

Computador principal, accesible al operador

/ndicaci"n, control, registro, alarma

Computador no accesible al operador

P0C, control l"gico y secuencial -ccesible al operador, ubicado en sala decontrol

P0C, no accesible al operador

/nstrumentos en ca#a compartida

I 9unci"n l"gica no de%inida-2!

I 3. 9unci"n 0"gica de%inida


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C#digos de ide n ti-ic aci#n de ins t r u m entos

Para designar y representar los instrumentos de medici"n y control se emplean normas muyvariadas que a veces varan de industria en industria 'sta gran variedad de normas y sistemasutilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalizaci"n eneste campo *arias sociedades han dirigido sus es%uerzos en este sentido, y entre ellas seencuentra como una de las importantes la sociedad de instrumentos de 'stados &nidos, IS,

-Instrument societ o' ,merica/ cuyas normas tienen por ob#etivo establecer sistemas dedesignaci"n (c"digos y smbolos) de aplicaci"n a las industrias qumicas, petroqumicas, celulosas,mineras, pesqueras, etc


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Conceptos bsicos, terminologa y tcnicas para el control de procesos

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Smbolos d e V .l !u l as

*lvula 4eneral

*lvula manual

*lvula con -ctuador 2eumtico de !ia%ragma

*lvula 1ariposa

*lvula de Bola

*lvula D vas

!amper (persiana)

Smbolos d e Con !e rtidor es

I Convertidor 'lectro72eumtico

P

P Convertidor 2eumtico7'lctrico

I


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Smbolos d e ( ctuador es

-ctuador neumtico de dia%ragma retornado por resorte

-ctuador neumtico de dia%ragma retornado por resorte de presi"nbalanceada

M -ctuador motorizado

-ctuador de cilindro neumtico de e%ecto simple

-ctuador de cilindro neumtico de e%ecto doble

-ctuador neumtico de dia%ragma con posicionador neumtico

-ctuador neumtico de dia%ragma con posicionador manual


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Smbolos d e Lnea s

+uministro o cone>i"n a proceso

+e8al 2eumtica

M +e8al 'lctrica

+e8al 6idrulica

+e8al de ubo Capilar

+e8al 'lectromagntica o -c$stica

o o 'nlace interno del sistema, se8al de datos (so%t;are)

'nlace 1ecnico

+e8al 2eumtica Binaria

M +e8al 'lctrica Binaria


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$(/ (ar#eta de /denti%icaci"n)

'#emplo: EF C/ E - 1odi%icaci"n -u>iliar

C"digo del Nrea de la Planta 2= del 0azo

*ariable 1o di%icador

9unci"n

P 0 " 1 !iagramas de Proceso e /nstrumentaci"n

's posible obtener gran in%ormaci"n con solo observar el !iagrama de Proceso e /nstrumentaci"n(PO/!) Por e#emplo, para el lazo que se presenta tenemos un numero de identi%icaci"n (-4) DGCon este n$mero y la primer letra identi%icadora ? para temperatura puede determinarse que elprop"sito primario para este lazo es la medici"n y control de temperatura de un intercambiador decalor 0os instrumentos en el lazo incluyen un transmisor de temperatura, un controlador y unavlvula Cada una de estas %unciones son designadas por la segunda o tercer letra en laidenti%icaci"n

-l observar el smbolo del transmisor nos revela que esta montado en terreno, esto se asume

debido a que no tiene una lnea dentro del circulo 0a lnea que contiene las Qs nos indica que eltransmisor esta conectado al proceso por medio de un tubo capilar 0a lnea segmentada indicaque la se8al del transmisor hacia el controlador es de tipo elctrica 0a lnea dentro del circulo delcontrolador indica que este instrumento esta situado en un panel

0a se8al elctrica desde el controlador es recibida por un transductor que convierte la se8al 'stea su vez manda una se8al al elemento %inal que es una vlvula, que al observar la posici"n de la%lecha nos indica que si la vlvula pierde la se8al automticamente se cerrara la vlvula

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