GUA 01

VICTOR HUGO MARTINEZ MARTINEZ

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS TUNJA CONTROL E INSTRUMENTACION TUNJA 2012

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS SECCIONAL TUNJA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA De dos ejemplos aplicados en sus sitios de trabajo de sistemas de control de lazo abierto y sistemas de control de lazo cerrado.

SISTEMA DE LAZO ABIERTO Control en lazo abierto por tensin de armadura de un motor DC de excitacin independiente. El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el que no hay una regulacin de variables sino que se realizan una serie de operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (timedriven). Se programa utilizando PLCs (controladores de lgica programable) Ejemplos: Lavadora: Funciona sobre una base de tiempos Variable de salida limpieza de la ropa no afecta al funcionamiento de la lavadora. SISTEMA DE LAZO CERRADO Ejemplo 1

Ejemplo 2

Qu se conoce como sensor primario o elemento primario?

Se denomina sensor primario al dispositivo que transforma la magnitud fsica a medir en otra magnitud transducible. Un sensor en sentido general puede contener varias etapas de transduccin, denominndose sensor primario al sensor que interviene en la primera etapa de transduccin.

Cul es la funcin del transmisor en instrumentacin?

TRANSMISOR es el encargado de modificar la informacin de tal manera que pueda ser adecuada para su transmisin. El medio de transmisin es aquel por el que viaja la informacin del transmisor al receptor, por lo que bien puede considerarse como una conexin entre ambos elementos. Finalmente, el receptor cumple con la tarea de convertir a su forma original la informacin recibida para posteriormente transferirla a su destino y donde ser procesada.

Cul es la funcin de los transductores en instrumentacin?

TRANSDUCTOR es el dispositivo que transforma una magnitud fsica (mecnica, trmica, magntica, elctrica, ptica, etc.) en otra magnitud, normalmente elctrica. El concepto de transductor es ms amplio, ya que un transductor puede incluir, por ejemplo, un sensor y un acondicionador de seal o un conversor analgico-digital. Para obtener una Determinada medida en un sistema fsico puede utilizarse un sensor, un transductor a una combinacin de un sensor primario con un transductor. Por ejemplo, una posible solucin para medir la altura del agua de un depsito sera utilizar un flotador como sensor primario (convertira el nivel de agua del depsito en un desplazamiento) y un potencimetro como transductor (convertira el desplazamiento en una variacin de resistencia).

Cul es la diferencia entre sensor y transductor? Cite algunos ejemplos.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino tambin para convertirla mediante circuitos electrnicos en una seal estndar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relacin lineal con los cambios de la variable censada dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.

Cmo pueden clasificarse los sensores?

Los sensores pueden ser clasificados dependiendo del tipo de seal al cual responden. Mecnica: Ejemplos: longitud, rea, volumen, masa, flujo, fuerza, torque, presin, velocidad, aceleracin, posicin, acstica, longitud de onda, intensidad acstica. Trmica: Ejemplos: temperatura, calor, entropa, flujo de calor. Elctrica: Ejemplos: voltaje, corriente, carga, resistencia, inductancia, capacitancia, constante dielctrica, polarizacin, campo elctrico, frecuencia, momento dipolar. Magntica: Ejemplos: intensidad de campo, densidad de flujo, momento magntico, permeabilidad. Radiacin: Ejemplos: intensidad, longitud de onda, polarizacin, fase, reflactancia, transmitancia, ndice de refractancia. Qumica: Ejemplos: composicin, concentracin, oxidacin/potencial de reduccin, porcentaje de reaccin, PH.

Por qu en instrumentacin se habla de seales de 4 a 20mA o 3 a 15psi y no desde el valor de cero?. Qu otros tipos de seal de voltaje o corriente se usa en instrumentacin?

Las seales elctricas de 4 a 20 mA se deben a que a un mayor rango los elementos de adquisicin de datos no aceptaran la entrada y por lo tanto no entenderan la seal que reciben de este modo no habra posibilidades control alguno por lo general los elementos de adquisicin de datos son ordenadores o micro controladores.

Explique con sus palabras el principio de funcionamiento de los transmisores neumticos y electrnicos.

Transmisores electrnicos

Son generalmente de equilibrio de fuerzas, su forma mas sencilla en una barra rgida apoyada en un punto sobre la que actan dos fuerzas en equilibrio. La fuerza ejercida por el elemento mecnico de medicin TUBO BOURDON, ESPIRAL, Explique qu es exactitud y precisin. FUELLE etc.)

Transmisores neumticos: Se fundamentan en el principio que cumple el sistema tobera obturador que consiste en un tubo con un suministro constante de presin no superior a los 25 Psi que pasa por una restriccin que reduce el dimetro alrededor de 0.1 mm y que en su otro extremo se torna en forma de tobera con un dimetro de 0.25 - 0.5 mm que esta expuesto a la atmsfera ocasionando un escape que es regulado por un obturador el cual cumple la misin de controlar el escape proporcional a la separacin entre l y la tobera. la funcin de la tobera - obturador es que a medida que la lamina obturadora disminuya o aumente la distancia hacia la tobera ocasionara un efecto

inversamente proporcional sobre la presin interna que es intermedia entre la presin atmosfrica y la de suministro e igual a la seal de salida del transmisor que para la tobera totalmente cerrada equivale a 15 Psi y totalmente abierta a 3 Psi.

Explique mediante un ejemplo cul es la diferencia entre exactitud y precisin

EXACTITUD

La exactitud es lo cerca que el resultado de una medicin est del valor verdadero

PRECISION La precisin es lo cerca que los valores medidos estn unos de otros.

Indique y explique cules son los errores que se pueden tener en un equipo en instrumentacin.

Identifique y explique cules son las interfaces de comunicacin ms ampliamente usadas en instrumentacin industrial. Precise las caractersticas ms importantes de cada una de ellas.

LAZO DE CORRIENTE DE 20 mA Se origina de la telegrafa en donde requera comunicacin confiable sobre largas distancias. Trabaja con una corriente de 20 mA que es conmutada entre encendida y apagada segn la cadencia de transmisin. Por lo tanto, cada terminal tiene dos lazos, uno para transmisin y otro para recepcin. El lazo de corriente de 20 mA es utilizado como alternativa de la interfaz RS-232C. Su mayor ventaja est en su insensibilidad a la interferencia, de modo tal que se usa cuando se requiere cubrir grandes distancias o cuando se encuentran fuertes campos elctricos en la vecindad de la lnea de transmisin. INTERFAZ RS-232C

Es usada para interconectar dos dispositivos va un cable multifilar, usualmente una computadora con un dispositivo perifrico o un mdem. El estndar cumple con los requerimientos elctricos y fsicos para la transmisin serial de bits. Define las seales de reconocimiento para el control de equipo estndar para lneas telefnicas y mdems. Elctricamente el sistema est basado en pulsos positivos y negativos de 12 V en los cuales los datos son codificados.

Mecnicamente, el estndar RS-232C tiene conectores de 9 o 25 pines. Las seales principales que llevan los datos de un terminal a otro son manejadas por las lneas "transmit data" y "receive data". Para hacer posible la transmisin, se requiere una tercera lnea que lleva el potencial comn de referencia. El resto de lneas, que no tienen que estar presentes, llevan informacin del estado de los terminales de comunicacin. Los mdems son controlados por las seales "request to send" y "clear to send", la disponibilidad de un bloque de datos en un computador por "data set ready" y la habilidad para recibir el bloque desde un computador por "data terminal ready". INTERFAZ RS-422 Cubre solamente los requerimientos elctricos y fsicos para la transmisin. Usa seales diferenciales y simtricas que permite altas velocidades de transmisin de hasta 10 Mbits/s. En el extremo final de recepcin, la diferencia entre los niveles de voltaje es usada para decodificar las seale s; la mayor diferencia positiva corresponde al "0" y la menor al "1". La ventaja est en que si un campo externo acta sobre la lnea, ambas seales son influenciadas al mismo tiempo. La diferencia en la seal se mantiene con excepcin del ruido individual de cada lnea, sustancialmente igual. De esta manera es posible, tender lneas ms largas que para la interfaz RS-232C. Adems, desde que los efectos de la interferencia son restringidos, son posibles velocidades mayores de transmisin.

Debido a las lneas diferenciales y la disponibilidad de drivers apropiados, esta interfaz es aplicable no solamente para caminos de transmisin extensos, sino tambin para estructuras de buses seriales. A pesar de ser concebido

principalmente como sistema de punto a punto, se pueden operar hasta 16 dispositivos con un solo transmisor. INTERFAZ RS-485 Especifica los requerimientos elctricos y fsicos para la transmisin simtrica de datos (similar a RS-422) entre varios dispositivos. Hasta 32 dispositivos actuando como transmisores o receptores pueden ser conectados a un cable de dos hilos es decir en una verdadera operacin de bus. El direccionamiento y respuesta a los comandos debe ser resuelta por software. La mxima longitud de las lneas vara entre 1.2 km a una velocidad de 93.75 kBit/s hasta 200m a una velocidad de 500 kBit/s. Esta Interfaz usa tres estados lgicos, "0", "1" y "non-data"(ausencia de datos); esta ltima es usada para el control o sincronizacin del flujo de datos. Esta interfaz es con frecuencia encontrada en el campo. Al utilizar pares de cables trenzados y blindados, se asegura una comunicacin confiable y econmica. INTERFAZ IEC 1158-2 Es la interfaz internacional para fieldbus intrnsecamente segura; los datos, en una forma de seal sin retorno a cero, son acoplados con una seal de reloj y enviados como una seal de corriente o voltaje a travs del medio de transmisin. El 1 y ei 0 son formados por un cambio de fase en el momento que se tiene el medio bit, dos estados de ausencia de datos se generan cuando no hay cambio de fase. La interfaz usa un prembulo para sincronizacin y aade un delimitador de inicio y uno final a los datos transmitidos. La naturaleza no ambigua de los delimitadores y el estricto monitoreo del temporizado de la seal, aseguran una transmisin muy segura a altas velocidades y sobre grandes distancias. La interfaz puede suministrar alimentacin segura hasta para 10 dispositivos; se pueden acomodar ms si tienen alimentacin externa.

A continuacin, se tiene un cuadro comparativo de las interfaces mencionadas.

Identifique las siguientes lneas de seal y de conexin de instrumentos utilizadas en instrumentacin:

Lnea 1: Conexin a proceso, enlace mecnico. Lnea 2: Seal indefinida. Lnea 3: Seal elctrica Lnea 4: Seal hidrulica. Lnea 5: Seal neumtica Lnea 6: Seal electromagntica o sonora Lnea 7: Seal electromagntica o sonora (no guiada) Lnea 8: Seal neumtica binaria.

Realice la identificacin de los siguientes smbolos utilizados en instrumentacin con respecto a los instrumentos de medicin:

Simbolo1: montaje en panel 1

Simbolo2: indicador/controlador o punto de alarma

Simbolo3: pantalla de video

Simbolo4: controlador lgico

Simbolo5: dispositivo local

Simbolo6: no accesible al operador

.

Simbolo7: no accesible al operador.

Simbolo8: Control distribuido interconectando controladores lgicos con funciones lgicas binarias o secuenciales

Simbolo9: interface del operador

Simbolo10: dispositivo auxiliar del operador.

Simbolo11:

Simbolo12:

En el diagrama de la figura se puede ver un proceso en el que existe un flujo del lquido A, no manipulable y que experimenta cambios significativos, intercambia calor con otro lquido C a alta temperatura tras pasar por el depsito 1. En el punto de suministro del lquido C, la temperatura es sensiblemente constante, pero la presin sufre variaciones de alguna importancia. La corriente A, tras atravesar el intercambiador, va al depsito 2, donde una parte es reciclada al depsito 1 por medio de un sistema de bombeo que impone un caudal constante y otra parte, B, es la salida del proceso. Se desea mantener el caudal y temperatura de B tan constantes como sea posible, as como garantizar la seguridad del proceso. Existe un sistema de rebose en el depsito 2 que hace que no sea problemtico un desbordamiento en dicho depsito. Ver figura 1. Implementar los lazos de control del sistema siguiendo las normas ISA.

En la figura 2 se presenta una opcin de instrumentacin utilizada junto con los lazos de control siguiendo las normas ISA. Explicar con sus propias palabras qu

hace cada uno de los instrumentos utilizados y cul es su funcin dentro del lazo o los lazos de control. Qu tipo de transmisin de seal se usa y por qu?