Principios de Instrumentación - Símbolos, Automatización y Regulaciones

James Robles
Departamento de Instrumentación
Huertas College
Principios de Instrumentación
Símbolos, Automatización & Regulaciones

James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
En esta presentación:
P & ID’s (Piping & Instrumentation Diagrams) Y PFD’s
Simbolos de Instrumentación
Automatización de Procesos y Control Automático
Control Manual
Control Automático
Términos de Automatización de Procesos
Variable Manipulada y Variable Controlada
Valor Deseado, Señal de Control, Error, Lazo de Control y Feedback
Controlador Discreto
Sistema de Control Distribuido (DCS) PLC (Programmable Logic Controller)
Estandares Industriales: NIST, ISA, ANSI, ASME, ISO, DIN, etc.
Agencias Reguladoras: OSHA, FDA, EPA, etc. y su impacto a la profesión de Instrumentación

Piping & Instrumentation Diagrams (P & ID’s):
Los planos de construcción y operación de los sistemas y procesos de istrumentación se manifiestan en dibujos llamados P&ID (Piping and Instrumentation Diagrams)
Estos P&ID’s son utilizados tanto para la construcción como el mantenimiento de sistemas de procesos industriales
El estándar mas utilizado para representar los dibujos se basan en ANSI/ISA 5.1
Este estándar define la figura a utilizarse para representar los instrumentos y los conectores entre estos
Además del P & ID, existe un tipo de diagrama mas sencillo llamado PFD ó Process Flow Diagram. Este tipo de dibujo omite medidas de tuberías y detalles.

Símbolos de Instrumentación:
El símbolo utilizado para representar los instrumentos de medición es un círculo
Puede ser un transmisor, un indicador, un controlador, un recorder, etc.
Dentro de este circulo está la información básica de este instrumento
Se describe la información de:
•La variable física
•Función del instrumento: Transmisor, Indicador, Controlador, Válvula de Control, etc.
•Modificador del instrumento: Diferencial, etc.
•Número de Secuencia Única

Ejemplo:
Variable
Física
Función
Número de
Secuencia
PT 1

Símbolos Comunes de Dispositivos Primarios
Analizador
Nivel
Temperatura
Presión
¿Que Significa?
Indicador Solamente
Transmisor Solamente
Transmite e Indica
Transmisor Diferencial que Transmite e Indica
Otros Ejemplos:
Valvula con Actuador
Valvula Solenoide
Variador de Velocidad
Interruptor Manual
Limit Switch (Normalmente Cerrado)
Limit Switch (Normalmente Abierto)
Switch de Vibraciones
Switch de Presion

Donde
Que
Instalado en el Campo
Instalado en Panel/Pantalla
Instalado en Área Remota
Instalado en Área Inaccesible
Instrumentos o Dispositivos
Imágenes en Pantalla
Funciones de Computadora
Funciones de DCS o PLC
Mas Comunes
Usado en Algunos Casos
Usado en Pocos Casos
Usado Sólo en Casos Especiales
No Usado Casi Nunca
NOTAS
Clasificación
Simbolos de Instrumentación y Control

Dispositivos de Instrumentación:
PT
1
Variable
Función
Número Identificador

PT 1
Variable
Función
Instalado en Panel

PT 1
Variable
Función
Área Remota

PT 1
Variable
Función
Área Inaccesible

PT 1
TT
1
FT
1
LT
1
Pressure
Transmitter
Temperture
Transmitter
Flow
Transmitter
Level Transmitter

PI
6
TI
19
FI
145
LI
2
Pressure Indicator
Temperture
Indicator
Flow
Indicator
Level Indicator

PIT
6
TIT 19
FIT
145
LIT
2
Pressure Indicating Transmitter
Temperture
Indicating
Transmitter
Flow
Indicating
Transmitter
Level Indicating Transmitter

PIC 6
TIC
19
FIC 145
LIC
2
Pressure
Indicating
Controller
Temperture
Indicating
Controller
Flow
Indicating
Controller
Level Indicating Controller

Proceso
Hidráulica
Señal Neumática
Tubo Capilar
Señal Electrónica
Electromagnéctica, Ultrasónica ó Radioactiva
Tipos de Líneas:

Válvula de Diafragma
Válvula de Bola
Válvula de Cuña
Válvula de Mariposa
Válvula de Cotejo
“Check Valve”
Válvula de Globo
Válvula de Aguja
Válvula de Ángulo
Válvula de 3 Vías
Válvulas de Control:

Válvula de Cotejo
“Check Valve”
Válvula de Ángulo de Diafragma
Válvula de Globo de Diafragma
Válvula de Aguja de Diafragma
Válvula de 3 Vías
Válvula de Bola de Pistón
Válvula de Mariposa de Pistón

Las válvulas de control se representan con la letra Y Esta letra se ubica como función, luego de la letra que representa la variable física
LY
2
Level
Control
Valve
FY
7
Flow Control Needle Valve
PY
4
LY
9
Pressure
Control
Globe Valve
Level Control Ball Valve w/Piston Actuator
TY
15
Temperature
Control
Angle Valve

Convertidor de Corriente a Presión
Las válvulas de control operan con presión e aire comprimido. Para convertir una señal de control (en mA) a presión (en psi) se utiliza un instrumento llamado I/P
El símbolo utilizado para este instrumento es un cuadrado
I / P
5

I / P
3
DCS
PT 6
Transmisor
de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Válvula de Control
de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
Inputs
Outputs
PY
8

Automatización de Procesos:
Uso de máquinas, sistemas de control y tecnología de información para optimizar la productividad en la producción de bienes y servicios de procesos industriales
Un ejemplo sería un transmisor de presión que envía su señal al controlador (input - variable de proceso)
Esta variable se compara con el valor deseado (setpoint), entrado por el operador
La diferencia entre la variable y el setpoint se llama el error
El controlador genera una señal de control (output) hacia el elemento final de control para corregir
A este arreglo de equipos para lograr controlar la variable se le llama Lazo de Control

Segmento de un sistema de control. Este segmento consiste de un instrumento para medir y transmitir la variable, un sistema de control (DCS ó discreto) y un elemento final de control. El objetivo del lazo de control es mantener la variable de proceso igual al valor deseado .
Lazo de Control:
Controlador
Transmisor
Vávula de Control
Proceso
-
+
Set
Point
Variable de Proceso
Output

Los lazos de control son controlados por dispositivos llamados controladores (controllers)
Estos controladores pueden ser discretos (manejan un lazo de control) o pueden ser distribuidos (manejan cantidades grandes) de lazos de control
En ambos casos, el controlador comprara la variable de proceso (input) con el valor deseado y genera una señal de control (output)

I / P
3
DCS
PT 6
Transmisor
de Presión
Convertidor de Presión a Corriente (I/P)
Válvula de Control de Presión
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
Inputs
Outputs
PY
8
Estación de Operador

I / P
3
PT
6
Transmisor de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Línea de Señal Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal
Electrónico
PY
8
Controlador Discreto
A
M
M SP O
100%
50%
0%



Los sistemas de control se encargan de controlar lazos de control individuales (discretos) o centralizados (DCS)
Los lazos de control tienen dos modos:
Modo Manual ó Lazo Abierto - Es el modo donde el operador (persona) controla manualmente el elemento final de control. El operador es quien compara la variable de proceso con el valor desado y genera manualmente un output hacia el elemento final de control.
Modo Automático ó Lazo Cerrado - Es el modo donde el sistema de control automáticamente genera una señal de control mediante algoritmos programados hacia el elemento final de control. El operador se encarga de seleccionar el valor desado de ese lazo de control.

Variable que se modifica para lograr que se mantenga en su valor la variable controlada. La variable mainpulada puede estar en cualquier valor siempre y cuando la variable controlada esté en el valor deseado.
Variable que se desea mantener constante o en el valor deseado. Esta variable se controla por medio de la variable manipulada. La variable controlada finalmente es la que será utilizada para ser el (input) del lazo de control.
Variable Controlada:
Variable Manipulada:

Valor de la variable que se desea mantener constante para cumplir con el proceso. Este valor es que la variable controlada debe seguir. Este valor puede ser ingresada por el operador ó puede provenir de otro lazo (cascada).
Valor Deseado:
Señal de Control:
Señal de correción resultante del sistema de control. Es el output del control como tal. Esta señal alimenta al elemento final de control.

Es un controlador maneja un input (variable de proceso), un valor deseado (setpoint) y genera un output (señal de control)
Error:
Controlador Discreto:
Diferencia aritmética entre el valor deseado y la variable de proceso.

Sistema de control que recibe datos (inputs y outputs) discretos del campo y genera (outputs) discretos hacia el campo. Utiliza programación lógica para lograr ejecutar secuencias, temporizadores (timers), contadores (counters), etc.
DCS (Distributed Control System):
PLC (Programmable Logic Controller):
Sistema de control capaz de manejar múltiples lazos de control. Contiene un procesador centralizado, pero es capaz de distribuir sus datos a diferentes áreas como estaciones de operación, estaciones de ingeniería y estaciones de mantenimiento.

I / P 3
DCS
PT
6
Transmisor de Presión
Convertidor
de Presión a
Corriente (I/P)
Línea de Señal
Neumática
Línea de Proceso
Líneas de Señal Electrónico
Inputs
Outputs
PY 8
DCS (Distributed Control System):

PLC (Programmable Logic Controller):
Inputs
Counters
Outputs
PLC
Timers
Logic
Level Switch
Válvula Solenoide
1
0
0
1
Program

PLC, del inglés, "Programmable Logic Controller" o Controlador Lógico Programable. Originalmente orientados a lógica discreta o booleana (interruptores, switches o contactos).
DCS, del inglés, “Distributed Control System”, o Sistema de Control Distribuído. Como una evolución de los "controladores" discretos, es un sistema que es programado en forma centralizada, pero que su lógica se ejecuta en forma distribuida en equipos análogos (4-20 mA, digital).
DCS vs PLC

Hoy por hoy, los equipos se parecen mucho, y difieren en las formas de Programación/ejecución:
•DCS: Se configura centralizadamente, y el código se ejecuta en forma distribuida. Al menos en dos componentes: el controlador que ejecuta la lógica y el HMI que realiza las funciones de visualización y registro.
•PLC. Su configuración se ejecuta en el controlador o PLC. Requiere de una programación separada para realizar las funciones de interface de operador: visualización, registro, etc.
DCS vs PLC

Estándares de la Industria:
ISA – International Society of Automation
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
NEC – National Electric Code
ASME – American Society of Mechanical Engineers
ANSI – American National Standards Institute
NIST – National Institute of Standards and Technology
RoHS – Restriction of Hazardous Substances Directive
IEC - International Electrotechnical Commission
NACE – National Association of Corrosion Engineers

Estándares de la Industria:
ISO – International Organization for Standardization
DIN – Deutshe Institut für Normung
UL – Underwriters Laboratories
API – American Petroleum Institute
CGA – Compressed Gas Association
FPS – Fluid Power Society
CIAPR – Colegio de Ingenieros y Agrimensores de PR
CPEPR – Colegio de Peritos Electricistas de PR
CE – Marca de la Comunidad Europea

Agencias Reguladoras:
FDA – Food and Drud Agency
OSHA – Occuational and Safety Hazard Agency
EPA – Environmental Protection Agency
PROSHA – Puerto Rico OSHA
JCA – Junta de Calidad Ambiental
DOT – Department of Transportation
FCC – Federal Communications Comision

http://instrumentacionhuertas.wordpress.com
¿Preguntas, dudas, comentarios?

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