para algo

1. Control de Procesos
Ing. José Roberto Vignoni
Año 2002
Instrumentación y 1
Comunicaciones Industriales

2. Proceso
• El término proceso utilizado en “control de
procesos” o “procesos industriales”, se refiere a
cambiar o refinar materias primas para lograr un
producto final.
• La materia prima, que puede o no cambiar de
estado físico durante el proceso, eess ttrraannssffeerriiddaa,,
medida, mezclada, calentada, enfriada, filtrada,
almacenada o manipulada de alguna manera
para producir el producto final
Instrumentación y 2
Comunicaciones Industriales

3. • Ejemplos de procesos industriales
– Industrias químicas
– Petróleo y gas
– Alimentos y bebidas
– Productas farmacéuticos
– TTrraattaammiieennttooss ddee aagguuaa
– Generación de energía
– Etc.
Instrumentación y 3
Comunicaciones Industriales

4. Control de Procesos
• El controlar un proceso, se refiere a como
se controlan variables inherentes al mismo
para:
– Reducir la variabilidad del producto final
– Incrementar llaa eeffiicciieenncciiaa
– Reducir impacto ambiental
– Mantener el proceso dentro de los límites de
seguridad que corresponda
Instrumentación y 4
Comunicaciones Industriales

5. El lazo de control
• Un lazo de control requiere la ocurrencia
de tres tareas:
– Medida
– Comparación
–– AAjjuussttee
Nivel máximo
Instrumentación y 5
Comunicaciones Industriales

6. • Variable de proceso
– Son aquellas que pueden cambiar las
condiciones de un proceso
• Setpoint
– Valor al que se desea mantener una variable
de proceso
•• VVaarriiaabbllee mmeeddiiddaa
– Es aquella que se desea mantener estable
• Variable manipulada
– Es aquella que varía para mantener
constante la variable medida
Instrumentación y 6
Comunicaciones Industriales

7. Error
• Es la diferencia entre la variable medida y el
setpoint. Puede ser + ó -. Está compuesto por:
– Magnitud
– Duración
– Velocidad de variación
T
X
Duración
Magnitud
Variación
SP
Instrumentación y 7
Comunicaciones Industriales

8. • Offset
– Es una variación constante de la variable de
proceso, respecto del setpoint.
• Variación de carga
– Es un cambio no deseado en algún factor que
pueda afectar la variable ddee pprroocceessoo..
• Algoritmo de control
– Es la expresión matemática de una función
de control
Instrumentación y 8
Comunicaciones Industriales

9. Lazo abierto y lazo cerrado
• Lazo cerrado existe cuando la variable de
proceso es medida, comparada con el setpoint y
se genera una acción tendiente a corregir
cualquier desviación respecto del mismo.
• A lazo abierto, la variable de proceso no es
comparada y se genera una acción
independientemente de las condiciones de la
misma.
Instrumentación y 9
Comunicaciones Industriales

10. Componentes del lazo de control
• Elemento primario o sensor
– Es el primer elemento en un lazo de control el cual
mide la variable de proceso.
• Trasductor
– Convierte una señal ffííssiiccaa eenn uunnaa eellééccttrriiccaa
• Convertidor
– Convierte una señal de un dominio en otro
• Transmisor
– Convierte la lectura de un sensor en una señal
estándar que pueda ser transmitida
Instrumentación y 10
Comunicaciones Industriales

11. Señales
• En procesos industriales existen tres tipos
de señales para transmitir información
– Neumáticas (3 – 15 psi)
• Cambios en la presión de aire de una cañería,
proporcionales a las variaciones de magnitud
mmeeddiiddaa..
• Se siguen utilizando en aplicaciones particulares
– Analógicas (4 – 20 mA), (1 – 5 V)
• La forma de transmisión mas común desde los
años 1960.
• A partir de los 90 se comenzaron a reemplazar por
señales digitales.
Instrumentación y 11
Comunicaciones Industriales

12. • Digitales
– Señales de niveles discretos que combinados
de forma particular representan la magnitud
de las variables del proceso
– La metodología utilizada para combinar las
señales digitales, se ddeennoommiinnaa pprroottooccoolloo..
– Los protocolos pueden ser estándar o
propietarios (abiertos o cerrados). Ejemplos
Ethernet, Profibus, CAN, Hart, etc.
Instrumentación y 12
Comunicaciones Industriales

13. Indicadores
• Son dispositivos leíbles por los humanos que
muestran información del proceso
• Pueden ser analógicos o digitales, simples o
complejos.
Instrumentación y 13
Comunicaciones Industriales

14. Controladores
• Es un dispositivo que recibe los datos del
instrumento de medida, lo compara con el
dato de setpoint programado, y si es
necesario ordena al elemento de control
que genere una aacccciióónn ccoorrrreeccttiivvaa..
• Pasaron de neumáticos y analógicos
monolazo a:
– CDS
– CDD / Control Centralizado / Multilazo
– Control Distribuido / multilazo / monolazo
Instrumentación y 14
Comunicaciones Industriales

15. • PLC (Programmable Logic Controller)
– Básicamente una computadora conectada a
dispositivos de entradas y salidas, analógicas y
digitales. Responden a señales de entrada con
señales de salida que intentan mantener el/los
valores de setpoint.
• DCS (Distributed CCoonnttrrooll SSyysstteemm))
– Además de realizar las funciones de control, proveen
lecturas del estado del proceso, mantienen bases de
datos, manejan HMIs
• IED (Intelligent Electronic Device)
– PLCs utilizados en las denominadas “Power Utilities”
Instrumentación y 15
Comunicaciones Industriales

16. • Dispositivo Corrector o Elemento final de
control.
– Es quien actúa físicamente para cambiar la
variable manipulada. Ej. Válvula
•• AAccttuuaaddoorr
– Es la parte final del dispositivo de control que
produce un cambio físico en el elemento final
de control. Ej. Actuador eléctrico o neumático
de una válvula.
Instrumentación y 16
Comunicaciones Industriales

17. Simbología ISA
• La ISA (Instrumentation, System and
Automation Society), es una de las más
importantes organizaciones de
estandarización en el campo del control
ddee pprroocceessooss..
• En particular la ISA S5.1especifica
simbología de instrumentación
Instrumentación y 17
Comunicaciones Industriales

18. Los círculos representan instrumentos de medida
individuales. Ej. Sensor, transmisor, etc.
El instrumento se encuentra ubicado en una localización
primaria o principal. Ej. Sala de control
El instrumento se encuentra ubicado en una localización
secundaria. Ej. Módulo “RRaacckk”” ddee iinnssttrruummeennttaacciióónn
El instrumento se encuentra ubicado en el campo
El instrumento no se encuentra accesible
Instrumentación y 18
Comunicaciones Industriales

19. Un cuadrado con un círculo interno, representa
instrumentos que muestran información y realizan
acciones de control
Idem anterior
Un hexágono representa ddiissppoossiittiivvooss ccoonn
capacidades de cómputo. Ej. controladores
Idem anterior
Instrumentación y 19
Comunicaciones Industriales

20. El siguiente símbolo indica PLCs
Idem anterior
Los siguientes símbolos representan válvulas con sus
respectivos ttiippooss ddee aaccttuuaaddoorr
Actuador
Neumático
Actuador
Manual
Actuador
Eléctrico
Instrumentación y 20
Comunicaciones Industriales

21. Cañerías y conexiones
cañería
conexión entre proceso e instrumentos
señal eléctrica
sseeññaall nneeuummááttiiccaa
conexión de intercambio de datos
Instrumentación y 21
Comunicaciones Industriales

22. Identificación
• La primer letra indica la variable medida
– T (temperature)
– F (flow rate)
– P (pressure)
• La segunda letra indica la función del dispositivo
– T (transmmiter)
– E (sensor)
– I (indicator)
• La tercer letra es un modificador o indica
multifunción (función del dispositivo)
Instrumentación y 22
Comunicaciones Industriales

23. FIC
123
instrumento que muestra información
en sala de control
F Flow
I Indicator
C Controller
Ejemplo
El número representa una etiqueta, frecuentemente relacionada con
un lazo de control particular
Instrumentación y 23
Comunicaciones Industriales

24. Ejemplo
Instrumentación y 24
Comunicaciones Industriales