UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS

Transcripción

1 UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS AUTOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSc

2 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

3 La Automatización se aplica en diversos sectores de la producción de bienes y servicios tales como: Industria de la Energía Eléctrica Industria Química y Petroquímica Telecomunicaciones Industria Alimentos Industria de los Hidrocarburos Servicios Públicos Gas y Agua Sistemas de Transporte Muchos mas..

4 Procesos donde es aplicable la Automatización Sistemas Eléctricos Automatizados. Planta de Generación Hidroeléctricas Línea de Transmisión de Energía Sistemas de Distribución Industrias, Comercios y Residencias

5 Procesos donde es aplicable la Automatización Sistemas Automatizados en Servicios Públicos de Agua y Gas. Represas y Embalses. Estaciones de Distribución Estaciones de Bombeo Plantas de Tratamiento de Agua Plantas y Estaciones de Distribución de Gas

6 Procesos donde es aplicable la Automatización Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera. Pozos de Producción Estaciones de Producción Patios de Almacenamiento Múltiples de Distribución de Gas Plantas de Gas. Refinerías

7 Antecedentes de la Automatización 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.

8 Ventajas de la Automatización Desventajas de la Automatización Aumento de Producción Reducción de Costos Mejor Calidad de Productos. Estandarización de Productos. Aumento de la Seguridad Flexibilidad de la Producción. Resistencia al cambio. Actualización conocimientos Tecnológicos. Altos costos de inversión. Necesidad permanente de adiestramiento. Obsolescencia de tecnologías. Limitaciones de las máquinas Integración de Sistemas productivos.

9 Clasificación de las tecnologías de Automatización Clasificación Tecnológica Tecnologías Cableadas y Físicas Tecnologías Programables Neumática Eléctrica Autómatas (PLC) Micro- Controladores Hidráulica Electrónica Computadores Tecnologías de Integración: telecomunicaciones, redes, entornos web, informática, aplicaciones de software, entre otros

10 Modelo Piramidal Integrado de un Sistema de Automatización Planificación del Sistema Flujo de Datos hacia el Proceso Nivel 4: INTEGRACIÓN, OPTIMIZACIÓN Y GESTIÓN Implementación del Sistema Flujo de Datos desde el Proceso Telecomunicaciones Nivel 3: SUPERVISIÓN Y CONTROL REMOTO Redes Datos Nivel 2: CONTROL LOCAL Y RECOLECCION DE DATOS Comunicaciones Nivel 1: INSTRUMENTACIÓN, MEDICIÓN Y ACTUACIÓN Nivel 0: Operaciones del Proceso Modelo Piramidal ISO

11 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) Actuadores de Válvulas Transmisores (Presión, Flujo, Nivel, etc) Relés (24Vdc, 110Vac, etc) Sensores (Sucihes de Presión, Nivel, Temperatura, etc)

12 Nivel 2: Control Local y Recolección de Datos 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 Lógicos Programables (PLC) Controladores PID Unidades Terminales Remotas (RTU) Computadores Personales (PC)

13 Nivel 3: Supervisión y Control Remoto 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)

14 Nivel 4: Integración, Optimización y Gestión 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

15 Aspectos de Instrumentación para la Automatización 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) Recolección de Datos Sistema de Control Actuadores Sistema de Supervisión Sistema de Automatización Medidores Planta/Procesos

16 Variables de Procesos 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) Transmisores de Presión PT ( Psi) Transmisores de Flujo FT (0 150 Pie 3 /Seg) DIGITALES Transmisores de Presión Diferencial PDT (0-100 H2O) ANALOGICOS

17 Clasificación y Tipos de Instrumentos según el tipo de datos Instrumentos Analógicos Digitales Entrada Salida Entrada Salida Transmisor de Presión (PT) X Transmisor de Temperatura (TT) X Transmisor de Nivel (TT) X Transmisor de Flujo (FT) X Transmisor de Posición (ZT) X Transmisor de Velocidad (ST) X Transmisor de Corriente (IT) X Transmisor de Voltaje (ET) X Convertidores I/P X Actuadores de Válvulas (YV) X Suiches de Presión (PS) X Suiches de Nivel (LS) X Contactos de Rele (K) X Bobinas de Rele (K) X Válvulas de dos estados (V) X Arrancador de Motores (M) X Contactor de Motores (M) X

18 Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Analógico de Entrada: 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 Transductor Psi Acondicionador de señal (Electrónica) Salida Eléctrica Salida 4 20 ma 1 5 V Red Proceso Transductor Acondicionador de Señal (Electrónica) Sensor Proceso

19 Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Analógico de Salida: 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. Actuador 0-100% Válvula Transductor (Motor) Acondicionador de señal Entrada 4 20 ma 1 5 V Red Proceso Actuador Válvula

20 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Digital de Entrada: 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 OFF ON Acondicionador de señal Salida +V (1) Gnd (0) Suiche de Presión Rele de Contactos Contactor

21 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Digital 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 Acondicionador de señal Entrada +V (1) Gnd (0) ON OFF Contactos Bobina Contactor Electroválvula

22 Sistema de Recolección de Datos Dispositivos diseñados para centralizar todos los datos que vienen o van hacia un proceso, a través de la interconexión con la instrumentación. Infraestructura Física de Planta Instrumentación de Planta I O Sistema Recolector de Datos Unidad Terminal Remota Supervisión a Distancia (Scada) Telecomunicaciones I O Proceso Supervisión Local (IHM) Interfase Humano-Maquina) (DCS) Configuración

23 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

24 Arquitectura de la Unidad Terminal Remota UTR Batería Bus de Memoria RAM EPROM CPU Bus +V / Gnd FUENTE DE PODER +5V, +12V Sistema Alimentación Externo PROCESADOR Bus de I/O MODULOS DIGITALES ENTRADA (DI) MODULOS DIGITALES SALIDA (DO) MODULOS ANALOGICOS ENTRADA (AI) MODULOS ANALOGICOS SALIDA (AI) Medidores y Sensores INTERFASE (DI) INTERFASE (DO) Reles y Válvulas Instrumentos y Sensores INTERFASE (AI) INTERFASE (AO) Actuadores Sistema Comunicación Externo MODULO COMUNICACION Configuración y Supervisión Red Instrumentos

25 FUENTE DE PODER UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS PROCESADOR COMUNICACION DI 8 ENTRADAS DO 8 SALIDAS AI 8 ENTRADAS AO 8 SALIDAS SLOT RESERVA SLOT RESERVA SLOT RESERVA Hardware Modular de la UTR Módulos Principales Módulos I/O Rack Módulos DI 4, 8, 16, 32 Entradas Módulos DO 4, 8, 16, 32 Salidas Interfases Instrumentación Módulos AI 4, 8, 16, 32 Entradas Módulos AO 4, 8, 16, 32 Salidas Instrumentos

26 MODULO DI ( 8 Entradas) UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS PROCESADOR MODULO AI ( 8 Entradas) PROCESADOR Datos de Proceso en la UTR PS-01-1 PT-01-1 PS-02-1 PS-02-1 LS-02-1 LHS-02-1 ZV-03-1 ZV-04-1 ZV-05-1 Instrumentos Binarios DI-1 DI-2 DI-3 DI-4 DI-5 DI-6 DI-7 DI-8 Puntos tipo Bit en el Procesador RTU TT-02-1 PT-02-1 LT-02-1 PDT-02-1 ZT-03-1 FT-04-1 PT-05-1 Instrumentos Analógicos AI-1 AI-2 AI-3 AI-4 AI-5 AI-6 AI-7 AI-8 Puntos tipo Byte en el Procesador RTU

27 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. LPT RS-485 Ethernet RS-232 TCP/IP

28 Sistemas de Telecomunicaciones. Antena UHF Satélites Antena Microondas Estaciones Base y Repetidoras RTU Módulos de Comunicación Telefonía Centros de Control Radio Móvil

29 Sistemas de Alimentación y Energía Eléctrica. Sistema de Alimentación Eléctrica RTU 24 Vdc Banco de baterías Rectificador /Cargador Instrumentación Panel Solar Red de 110 Vac / 220Vac Telecomunicaciones Diagrama de Subsistemas