UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN

UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN

AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc

UNIDAD 1:INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN

UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE COMPUTACIÓN

AUTOMATIZACIÓN

AUTOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSc



Concepto de Automatización.

La Automatización es un área de la ingeniería basada en tecnologías que permiten utilizar las capacidades de las

máquinas, equipos y sistemas para realizar las operaciones de los procesos sin la intervención total ó

parcial del hombre.

Operaciones Manuales Operaciones

Automatizadas



La Automatización se aplica en diversos sectores de la producción de bienes y servicios tales como:

Industria de laEnergía Eléctrica

Industria de los Hidrocarburos

Industria Químicay Petroquímica

Telecomunicaciones IndustriaAlimentos

Sistemas deTransporteServicios Públicos

Gas y Agua

Muchos mas …..



Sistemas Eléctricos Automatizados.

Procesos donde es aplicable la Automatización

Planta de Generación

Hidroeléctricas

Línea de Transmisión de Energía

Sistemas deDistribución

Industrias, Comercios y Residencias



Sistemas Automatizados en Servicios Públicos de Agua y Gas.

Represas y Embalses.Estaciones de

Distribución

Plantas y Estaciones deDistribución de Gas

Estaciones de Bombeo

Plantas de Tratamiento de Agua




Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera.

Plantas de Gas.

Múltiples de Distribución de Gas

Estaciones de Producción

Pozos de Producción

Patios de Almacenamiento

Refinerías


http://www.economiaynegocios.cl/petroleo/fotos/tanques_almacenamiento.jpg

http://www.jantesa.com.ve/Imagenes/imag/imag/tiajuanagas.jpg



1938: Circuitos basados en Algebra de Boole

1947: Concepto de Automatización por Ford.

1960: Primeros Autómatas basados en la Lógica Digital.

1973: Concepto de PLC (Controladores Lógicos Programables) basados en control electromecánico.

1975: Microprocesadores permiten la evolución de los PLC.

1980: General Motors introduce estandarización a nivel de PLC´s. Elementos de programación y Robótica.

1990: Electrónica fortalece uso del computador, protocolos de comunicación y sistemas en red.

2000: Microelectrónica. Programación alto nivel. Integración de Sistemas. Redes. Tecnología Web.

Antecedentes de la Automatización



Aumento de la Productividad.

Reducción de Costos de Operación.

Mejor Calidad de Productos.

Estandarización de los Productos.

Aumento de la Seguridad Industrial.

Dignificación del trabajo Humano.

Flexibilidad de la Producción.

Integración de Sistemas de Producción.

Ventajas de la Automatización Desventajas de la Automatización

Resistencia al cambio.

Se requieren conocimientos Tecnológicos.

Altos costos de inversión inicial.

Limitaciones de personal capacitado.

Necesidad permanente de adiestramiento.

Obsolescencia de las tecnologías.

Limitaciones de las máquinas para operar.

Dificultades por falta de sensores



Modelo Estructural de un Sistema de Automatización

Actuadores

Pre-Actuadores

Sensores

Comunicaciones

Parte Operativa Parte de Control



Clasificación de las tecnologías de Automatización

Neumática

Hidráulica Electrónica

Eléctrica

Tecnologías Cableadas y Físicas

Tecnologías Programables

Autómatas (PLC)

Micro-Controladores

Computadores

Clasificación Tecnológica

Tecnologías de Integración: telecomunicaciones, redes, entornos web, informática, aplicaciones de software, entre otros



Niveles de Automatización

El grado de automatización de un proceso depende de factores tecnológicos y económicos

Nivel Básico: supervisión local, posicionamiento de dispositivos y funciones de seguridad

Nivel Intermedio: nivel básico mas el control de un conjunto de máquinas y equipos

Nivel Avanzado: niveles anteriores mas aspectos de supervisión remota, optimización, gestión de mantenimiento, control de calidad, seguimiento de la producción. Aparecen conceptos de control centralizado, control jerárquico, control distribuido.

Alto Nivel: corresponde al esquema de plataformas de integración de sistemas, donde se contempla el manejo de la producción en forma integrada con conceptos de gestión, planificación, programación. Se desarrollan sistemas expertos. Los sistemas a este nivel se planifican de arriba hacia abajo y se implementan de abajo hacia arriba



Modelo Piramidal Integrado de un Sistema de Automatización

Nivel 1: INSTRUMENTACIÓN, MEDICIÓN Y ACTUACIÓN

Nivel 2: CONTROL LOCAL Y RECOLECCION DE DATOS

Nivel 3: SUPERVISIÓNY CONTROL REMOTO

Nivel 4: INTEGRACIÓN, OPTIMIZACIÓN Y

GESTIÓN

Modelo Piramidal ISO

Planificación del Sistema Implementación del Sistema

Flujo de Datoshacia el Proceso

Flujo de Datosdesde el Proceso

Nivel 0: Operaciones del Proceso



Nivel 1: Instrumentación, Medición y Actuación Elementos de medición y detección de las variables de los procesos (Medidores y

Sensores) y los elementos de acción sobre el proceso (Actuadores)

Transmisores(Presión, Flujo, Nivel, etc)

Sensores(Sucihes de Presión,

Nivel, Temperatura, etc)

Actuadores de Válvulas

Relés(24Vdc, 110Vac, etc)

http://www.emersonprocess.com/rosemount/products/pressure/m3051s.html



Dispositivos para integrar los instrumentos, poseen autonomía formando los sistemas de control junto con los instrumentos y permiten la interconexión con el nivel se supervisión.

Controladores PID

UnidadesTerminales

Remotas(RTU)

Controladores Lógicos Programables (PLC)

ComputadoresPersonales (PC)

Nivel 2: Control Local y Recolección de Datos



Sistemas que permiten visualizar los procesos desde Centros de Operaciones Automatizadas, dando una “imagen virtual de la planta” . En paneles virtuales se

muestran alarmas, fallas, estados y operaciones sobre los procesos.

Sistemas de Supervisión, Control y Adquisición de Data

(SCADA)

Nivel 3: Supervisión y Control Remoto



Sistema informático de gestión de la planta, comunica distintas organizaciones y mantiene las relaciones con proveedores y clientes, a través de un ambiente de integración computacional.

Existen aplicaciones de alto nivel que permiten la optimización de procesos y el procesamiento de datos par toma de decisiones gerenciales.

Ambientes de Oficina Integrados con recursos informáticos

Ambientes de Oficina para Gerencia de Procesos

Nivel 4: Integración, Optimización y Gestión



La conforman todos los elementos de medición y detección de las variables de los procesos (Sensores) y los elementos de acción sobre el proceso (Actuadores)

Medidores

Planta/Procesos

Recolección de Datos

Sistema de Control

Sistema deSupervisión

Actuadores

Aspectos de Instrumentación para la Automatización

Sistema de Automatización


Transmisores de Presión PT (0-1500 Psi)

Transmisores de Flujo FT

(0 – 150 Pie3 /Seg)

Transmisores de Presión Diferencial PDT

(0- 100 “H2O)

Variables con rango de valores, requieren de instrumentos sensores y Transmisores de señales eléctricas análogas a la variable del proceso

para poder medirlas y controlarlas.

Relés(Abierto / Cerrado

ON/OFF)

Variables de Procesos

ANALOGICOS

DIGITALES



Clasificación y Tipos de Instrumentos según el tipo de datos

Instrumentos Analógicos DigitalesEntrada Salida Entrada Salida

Transmisor de Presión (PT) XTransmisor de Temperatura (TT) X

Transmisor de Nivel (TT) XTransmisor de Flujo (FT) X

Transmisor de Posición (ZT) XTransmisor de Velocidad (ST) XTransmisor de Corriente (IT) XTransmisor de Voltaje (ET) X

Convertidores I/P XActuadores de Válvulas (YV) X

Suiches de Presión (PS) XSuiches de Nivel (LS) XContactos de Rele (K) XBobinas de Rele (K) X

Válvulas de dos estados (V) XArrancador de Motores (M) XContactor de Motores (M) X


Principio de Funcionamiento de los Instrumentos

Reciben información de la variable del proceso y generan señales de corriente o voltaje, en forma continua y análoga

al comportamiento de la variable real.

Proceso Sensor TransductorAcondicionador

de señal (Electrónica)

0-2000 Psi4 – 20 mA

1 – 5 VRed Proceso

Salida

Analógico de Entrada:

Sensor

Acondicionador de Señal

(Electrónica)Transductor

SalidaEléctrica

Proceso













Recibe comandos en forma de señales de corriente o voltaje continuas, para transformarlas en acciones físicas sobre los elementos finales

de control que actúan directamente sobre el proceso.


Analógico de Salida:


Válvula Transductor(Motor)

Acondicionadorde señal

0-100%

4 – 20 mA1 – 5 V

RedEntrada

Proceso

Actuador

Actuador

Válvula



Recibe señales de dos estados (On / Off), en forma de Nivel de voltaje o de contacto seco, posteriormente estas señales se convertirán en

niveles lógicos (1 y 0)

Proceso Sensor Transductor Acondicionadorde señal

+V (1)Gnd (0)

SalidaON

OFF

Digital de Entrada:

ContactorRele de ContactosSuiche de Presión

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL


Principio de Funcionamiento de los InstrumentosPrincipio de Funcionamiento de los InstrumentosDigital de Salida:

Recibe señales de dos estados (On / Off), en forma de Nivel de voltaje o de contacto seco, posteriormente estas señales se convertirán en

niveles lógicos (1 y 0)

Proceso Transductor Acondicionadorde señal Entrada +V (1)

Gnd (0)

ON

OFF

Contactor

BobinaContactos

Electroválvula

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL



Transmisores en Red (Instrumentos Inteligentes)

PT1 PT3PT2 PT4 PT5

Controlador de la Red(Protocolos de comunicación:Hart, Fieldbus, Microbuffer,etc)

(Señal portadora 4 mA)

Datos de la Red para cada PT: Dirección de cada PT Rango y Unidades

Valor medido Calidad de los datos

Diagnostico del Instrumento Diagnostico de la Red



Actuadores de Válvulas en Red (Instrumentos Inteligentes)

Datos de la Red para cada Actuador: Dirección de cada Actuador

Estado de la válvula (Open / Close) Comando de la Válvula (Open / Close)

Calidad de los datos Diagnostico de los actuadores

Diagnostico de la Red

Controlador de la Red(Protocolos de comunicación:Hart, Fieldbus, Microbuffer,etc)

(Señal portadora 4 mA)

Act1 Act2 Act3 Act4 Act5



Sistema de Recolección de Datos

Dispositivos diseñados para centralizar todos los datos que vienen ovan hacia un proceso, a través de la interconexión con la instrumentación.

Sistema Recolectorde Datos

Supervisión Local(IHM)

Interfase Humano-Maquina)

(DCS)

Instrumentación de Planta

Proceso

I

O

I O

Infraestructura Física de Planta

Unidad TerminalRemota Telecomunicaciones

Supervisión aDistancia(Scada)

Configuración



Recolección de Datos con Unidad Terminal Remota (UTR)Las RTU son dispositivos electrónicos para la adquisición y control

a distancia de los datos de proceso. Son el interfaz entre los instrumentos y los sistemas de supervisión.

Vista Interna Vista Externa



Arquitectura de la Unidad Terminal Remota UTR

Medidores y Sensores

RAM EPROM CPUBatería

Bus de Memoria

PROCESADOR

MODULOS DIGITALES ENTRADA (DI)

INTERFASE (DI)

MODULOS DIGITALES SALIDA (DO)

INTERFASE (DO)

MODULOS ANALOGICOS ENTRADA (AI)

INTERFASE (AI)

MODULOS ANALOGICOS

SALIDA (AI)

INTERFASE (AO)

FUENTE DE PODER

+5V, +12V

Instrumentos y Sensores

Reles y Válvulas Actuadores

Bus de I/O

MODULO COMUNICACION

SistemaAlimentación

Externo

Sistema Comunicación

Externo

Configuración y Supervisión

Bus +V / Gnd

Red Instrumentos



Hardware Modular de la UTRFU

ENTE

DE

PO

DER

PRO

CES

AD

OR

CO

MU

NIC

AC

ION

DI –

8 E

NTR

AD

AS

DO

– 8

SA

LID

AS

AI –

8 E

NTR

AD

AS

AO

– 8

SA

LID

AS

SLO

T R

ESER

VA

SLO

T R

ESER

VA

SLO

T R

ESER

VA

Interfases Instrumentación

Módulos Principales Módulos I/O

Instrumentos

Rack

Módulos DI 4, 8, 16, 32 Entradas

Módulos DO 4, 8, 16, 32 Salidas

Módulos AI 4, 8, 16, 32 Entradas

Módulos AO 4, 8, 16, 32 Salidas




Datos de Proceso en la UTR

MO

DU

LO D

I ( 8

Ent

rada

s)

PS-01-1

PS-02-1

PS-02-1

PRO

CES

AD

ORLS-02-1

LHS-02-1

ZV-03-1

ZV-04-1

ZV-05-1

InstrumentosBinarios

DI-1DI-2DI-3DI-4

DI-5DI-6DI-7DI-8

Puntos tipo Biten el Procesador

RTU

MO

DU

LO A

I ( 8

Ent

rada

s)

PT-01-1

TT-02-1

PT-02-1

PRO

CES

AD

ORLT-02-1

PDT-02-1

ZT-03-1

FT-04-1

PT-05-1

InstrumentosAnalógicos

AI-1AI-2AI-3AI-4

AI-5AI-6AI-7AI-8

Puntos tipo Byteen el Procesador

RTU



IHM de Supervisión Local

Son interfaces gráficos computacionales de tipo Industrial (resistentes a condiciones adversas), que permiten a los operadores de las plantas, realizar

operaciones y supervisión local de los procesos, así como funciones de Mantenimiento.

RS-232

RS-485

TCP/IP

Ethernet

LPT



Sistemas de Telecomunicaciones.

Antena Microondas

Antena UHF

Estaciones Base y

Repetidoras

Radio Móvil

Satélites

Telefonía

RTUMódulos de

Comunicación

Centros de Control



Sistemas de Alimentación y Energía Eléctrica.

RTU Banco de bateríasRectificador /Cargador

Sistema de Alimentación Eléctrica

Red de 110 Vac / 220Vac

24 Vdc

Instrumentación

Telecomunicaciones

Panel Solar

Diagrama de Subsistemas

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