INTRODUCCION
Si
analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarma
de un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades
diarias, así como encender un foco o escuchar el encendido o apagado del motor
de la bomba, etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos ayudan a desarrollar
ciertas actividades oportunamente con eficiencia, rapidez, etc.
De
igual manera mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se
auxilian de instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el
objetivo de lograr un avance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de
producción.
Es
lógico pensar que para las industrias, sin importar el tamaño de estas, es
imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la
manufactura de sus productos.
Como
consecuencia de la globalización de los mercados internacionales, se ha
orillado a los países del tercer mundo a competir en el mercado con productos
de calidad, precio y tiempos de
entrega oportunos.
Para
lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro país,
implementen la instrumentación y la automatización de sus procesos con el
avance tecnológico requerido para mantenerse en el mercado nacional e
internacional si es posible.
¿Que
es la Instrumentacion Industrial?
Es
el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para
apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación,
ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.
Los
instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:
|
1.
Sensar o captar una variable
2.
Acondicionar una variable dada
3.
Transmitir una variable
4.
Controlar una variable
5.
Indicar la magnitud de una variable
6.
Totalizar
una variable
|
7.
Registrar una variable
8.
Convertir una variable
9.
Alarmar por magnitud una variable
10.
Interrumpir o permitir una secuencia dada
11.
Transmitir una señal
12.
Amplificar una señal
13.
Manipular una variable del proceso, etc.
|
Clasificacion
de los Instrumentos Industriales
Clasificar
los instrumentos industriales, implica entrar a un tema muy amplio, ya que se
requiere un conocimiento tanto teórico como práctico en la aplicación
industrial de estos equipos.
De
acuerdo a la experiencia se tratará de hacer algunas clasificaciones en forma
breve y lo más explicito posible para el lector:
|
1.
Por su aplicación:
1.1.
Neumáticos
1.2.
Hidráulicos
1.3.
Eléctricos
1.4.
Electrónicos
1.5.
Electromecánicos
1.6.
Mixtos
1.7.
Transductores
1.8.
Amplificadores
1.9.
Indicadores
1.10.
Analizadores
1.11.
Estación de operador
1.12.
Estación de control
1.13.
Estación de transferencia
1.14 Relevador de cálculo.
|
2.
Por su localización:
2.1.
Instalados en campo
2.2.
Instalados localmente
2.3.
Instalados en tablero principal
2.4.
Instalados remotamente.
3.
Por su tecnología:
3.1.
Sistemas discretos
3.2.
Sistemas de control digital directo
3.3.
Sistemas de supervisión
3.4.
Sistemas de control supervisorio
3.5.
Sistemas de control supervisorio y
adquisicion de datos
3.6.
Sistemas de control distribuido
3.7.
Sistemas de control avanzado
3.8.
Sistemas de control adaptables
3.9.
Sistemas expertos.
|
CARACTERISTICAS
DE LOS INSTRUMENTOS
El
sensor o captor:
Este
es el instrumento capaz de captar las variaciones de las magnitudes o
intensidades de las variables, tales como:
|
1.
Temperatura
2.
Nivel
3.
Flujo
4.
Presión
5.
Conductividad
6.
PH
7.
Tensión eléctrica
|
8.
Potencia eléctrica
9.
Revoluciones por minuto
10.
Posición
11.
Intensidad de readiación
12.
Turbidez
13.
Intensidad luminosa
14.
Consistencia, etc.
|
Este
instrumento puede estar como elemento unitario o integrado a un transmisor según
sea el tipo de aplicación.
TECNICAS
DE CONTROL
INTRODUCCION
A
medida que avanza la tecnología aplicada en la fabricación de los instrumentos
industriales, los usuarios tienen en sus manos cada día herramientas mas
poderosas para fabricar los productos con mayor calidad a costos bajos y tiempos
de entrega mas cortos.
Implementar
una técnica de control a un proceso dado, implica un conocimiento amplio sobre
la dinámica del proceso y de todas las variables que intervienen en el, además
de tener presente los algoritmos de control de cada lazo.
Independientemente
del sistema de control que se aplique a un proceso dado, los algoritmos y las
estrategias son aplicables.
Estas
estrategias, se aplican con el fin de lograr un control regulatorio optimo sobre
la variable o variables de interés, las cuales toman estados inestables en la
operación normal del proceso, como resultado de las perturbaciones internas y
externas al proceso.
En
consecuencia, el funcionamiento correcto de un sistema de control esta
determinado por la naturaleza del proceso, de las características de los lazos
de control y de los ruidos externos.
Perturbaciones
o Ruidos en el Proceso
En
una planta industrial, por condiciones mismas de la carga existente para su
operación, el ruido esta implícito en ellas, por lo tanto hay que tomar en
cuenta sus efectos en la regulación de alguna variable.
Los
ruidos son de distintos tipos, como son:
|
1.
Ruidos eléctricos:
1.1.
Variación de tensión
1.2.
Variación de corriente
1.3.
Armónicas en la señal eléctrica
1.4.
Factor de potencia
1.5.
Cortos circuitos
1.6.
Inductivos
1.7.
Por semiconductores
1.8.
Etc.
2.
Ruidos térmicos:
2.1.
Temperatura ambiente
2.2.
Constante térmica de los materiales
|
2.3.
Reacciones exotérmicas
3.
Ruidos por tiempos muertos:
3.1.
En motores
3.2.
En tanques
3.3.
En tuberías
3.4.
En reacciones químicas
3.5.
En transmisiones de señal electrónicas
3.6.
En transmisiones de señales eléctricas
3.7.
En transmisiones de señales mecánicas
2.8.
Etc.
4.
Ruidos por transmisión de señales:
4.1. Vía inalámbrica
|
Tecnicas
de Control
En
la industria, la aplicación del control retroalimentado en un proceso para
regular la magnitud de una variable en un valor deseado, es común, que en
algunos casos el error estático existente es pequeño y es relativamente
sencillo mejorar el control a través de correcciones simples, pero en ocasiones
no es posible, ya que, por condiciones del proceso se tiene un error estático
considerable y/o inestable.
Antes
de aplicar una técnica de control diferente a la retroalimentada en un proceso,
es importante tomar en cuenta que
un regulador instalado, al iniciar su operación, requiere de una sintonización
en línea sin importar la calidad de esta.
Si
por algún motivo no es posible reducir el error estático a la inestabilidad
del proceso, se debe pensar entonces en la estrategia de control, para mejorar
la respuesta de esa variable en función a la calidad del producto.
Tecnicas
o Estrategias de Control
|
1.
Control retroalimentado.
2.
Control anticipativo.
3.
Control en cascada.
4.
Control de relación.
5.
Control selectivo.
|
6.
Control de set point programable.
7.
Control de set point programable cíclico.
8.
Control de rango dividido.
9.
Control de ajuste de punto final.
|
Control
retroalimentado (feed back)
Objetivo:
Mantener
constante una variable en un valor deseado o variable a través del
tiempo.
El
control retroalimentado, es la forma más simple de aplicar un control en lazo
cerrado. El problema en este tipo de control, es que la corrección se hace
después de que se presentó el problema y una cantidad del producto no lleva la
calidad deseada, ya que la corrección llega un tiempo después.
Control
anticipativo (feed forward)
Objetivo:
Sensar la
perturbación de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la acción
correctiva para evitar un efecto dañino al producto.
En
los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones
en magnitud y frecuencia variables, la señal de error se detecta un tiempo
después de que se produjo el cambio en la carga
y ha sido afectado el producto, y como consecuencia la corrección actúa cuando
ya no es necesario.
El
problema anterior se resuelve aplicando al proceso esta técnica, que parte de
la medición de una o varias señales de entrada y actúan simultáneamente
sobre la variable de entrada, produciendo la salida deseada sobre el proceso.
Aplicar
esta técnica de control implica un conocimiento amplio, exacto y completo de
las características estáticas y dinámicas del proceso. La relación entre la
variable de salida y la variable de entrada, constituye el modelo del proceso y
es la función de transferencia del sistema de control en adelanto.
El
controlador es quien debe responder a los cambios de las perturbaciones, pero
como es lógico, su eficiencia depende de la exactitud del captor y elementos de
interfase de una o más variables de entrada y de la exactitud alcanzada en el
modelo, calculada en el proceso.
Cabe
señalar que es costoso y algunas veces imposible determinar y duplicar el
modelo exacto del proceso, por lo tanto, siendo realmente un control en lazo
abierto, su aplicación dará lugar a un offset significativo, es decir, se
tendrá un error estático permanente y a veces creciente.
El
control anticipativo es capaz de seguir rápidamente los cambios dinámicos
(estado transitorio), pero puede presentar un error estático considerable. Por
tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.
Control
en cascada
Objetivo:
Mejorar la
estabilidad de una variable del proceso aun con una optima sintonización del
controlador en lazo retroalimentado.
La
aplicación de esta técnica de control, es conveniente cuando la variable no
puede mantenerse dentro del valor de set point deseado, debido a las
perturbaciones inherentes al proceso.
Para
que un sistema de control en cascada esté bien aplicada es necesario que se
tomen en cuenta algunos aspectos importantes para su aplicación, estos son:
1.
Localizar las variables mas importantes del proceso.
2.
Localizar la variable básica a controlar.
3.
Localizar la variable que introduce la inestabilidad.
4.
Determinar la velocidad de cambio de ambas señales.
5.
Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea más
lento y el controlador también (control maestro).
6.
El lazo menor deberá contener la variable más rápida y el controlador
debe ser de respuesta con retardos mínimos (control esclavo).
7.
La relación de la constante de tiempo: TM/TE = 5 ó mayor.
8.
El controlador del lazo menor deberá sintonzarse con la ganancia más
alta posible.
9.
El controlador esclavo se selecciona con set point remoto, mientras que
el controlador maestro es de tipo local.
Naturalmente
que estas recomendaciones son, basándose en la experiencia que se tiene sobre
la dinámica del proceso, sobre el controlador y algo de sentido común.
Control
de relacion
Objetivo:
Controlar el
flujo o el volumen de una variable en función de otra.
Esta
técnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que
deben mantener una relación prefijada por el usuario.
Por
lo general se tiene una línea de flujo de un fluido libre y sobre esta se mide
la cantidad del fluido existente en velocidad o volumen, este valor se envía a
un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya señal
actúa sobre la válvula de control de otra línea con flujo proporcional al
valor censado (flujo controlado).
El
flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama flujo
dependiente.
Para
este tipo de estrategia de control, es muy importante tomar las siguientes
consideraciones:
1.
Ambas señales deben tener las mismas unidades.
2.
Ambas señales deben estar linealizadas o en forma cuadrática.
3.
El rango de los controladores deben ser compatibles con las señales
recibidas de un 0% a un 100%.
4.
Tomar en cuenta que en la medición de fluidos la linealidad se pierde en
los extremos de la medición.
5.
Las características de los fluidos deben ser muy similares.