Diplomado en Tecnología y Gestión del Petróleo y Gas Natural

Instrumentación y Control de Procesos

Unidad 1Redes Ing. Nelson Yañez

Instrumentación y Control de Procesos

Unidad 1

IntroducciónRedes NeumáticasRedes AnalógicasRedes HartRedes FieldBusRedes ProfiBus PA

El control retroalimentado tiene unalarga historia, que empezo con el deseo de de los humanos de dominarel uso de los materiales y las fuerzasde la naturaleza para su beneficio.Tenemos algunos ejemplos de algunos mecanismos de control pormedio de relojes como algunos otrosque se utilizaban para apuntar losmolinos de viento hacia el viento.En la actualidad existen plantas queno podrían funcionar sin sus sistemassofisticados de control.

Ingeniería de Control

Introducción

Un sensor es un dispositivo que se usa en las plantas industriales para convertir una variable física (al estilo de presión, caudal, nivel) en una variablede otro tipo (eléctrica, neumática o hidráulica).

Los sistemas instalados utilizan la señal de los sensores para efectos de visualización, de control o de registro. La señal medida normalmente debe recorrer grandes distancias en las plantas industriales para llegar a los sistemas de análisis y control. Solo en escasas ocasiones, los sensores se encuentran cerca de los sistemas de control. Por esta razón, es común ver largas líneas que se encargan de trasladar el valor medido de un lado a otro de la planta.

Las primeras “redes” de información, fueron los tubos que llevaban una presión neumática proporcional al valor leído.

Las redes neumáticas tuvieron su momento de gloria que comenzó en los años 40 y que decayó a mediados de los 60´s. En la actualidad sobreviven los sistemas de control neumático principalmente en instalaciones antiguas y en instalaciones de control de pozos petroleros donde hay abundancia de gas para utilizar como alimentación del sistema neumático. La red neumática transmite la información de la medición o de control, mediante una presión que varia en un rango de 3-15 libras de presión o psi o, si se trabaja en el Sistema Internacional, en el rango de 0.2 a 1 kg/cm2.

Introducción

Los sistemas neumáticos de control se caracterizan por el trabajo mecánico de precisión que es necesario realizar para la manufactura de los componentes de control.

En los 60´s aparecio una mejora a la señal neumática, a saber la señal de corriente continua en el rango de 4 a 20 mA.

La señal de 4 a 20 mA fue el primer intento de “estandarizar” las señales de campo que generaban los sensores., con la señal de 4 a 20 mA se logra que el sensor de la marca A, se entienda con el controlador de la marca B, y que este controle el actuador de la marca C.

A partir de los 80´s, hacen su aparición dentro del mundo de control las transmisiones de datos en forma digital.

La idea de las redes digitales era enviar MÁS información por los mismos 2 cables. Lo cual era una buena idea. A no ser por un detalle: cada uno de los constructores hablaba un lenguaje propio y nadie se entendía.

Cada fabricante de equipos decidió inventar su propio dialecto para su red, de tal manera que podía fabricar lo que se llego a conocer como “redes propietarias”.

Usted podía extraer muchos datos de su equipo, pero tenia que comprar el sensor y todo el resto de equipos que forman parte del sistema del mismo fabricante.

Introducción

En los 60´s aparecio una mejora a la señal neumática, a saber la señal de corriente continua en el rango de 4 a 20 mA.

La señal de 4 a 20 mA fue el primer intento de “estandarizar” las señales de campo que generaban los sensores., con la señal de 4 a 20 mA se logra que el sensor de la marca A, se entienda con el controlador de la marca B, y que este controle el actuador de la marca C.

A partir de los 80´s, hacen su aparición dentro del mundo de control las transmisiones de datos en forma digital.

La idea de las redes digitales era enviar MÁS información por los mismos 2 cables. Lo cual era una buena idea. A no ser por un detalle: cada uno de los constructores hablaba un lenguaje propio y nadie se entendía.

Cada fabricante de equipos decidió inventar su propio dialecto para su red, de tal manera que podía fabricar lo que se llego a conocer como “redes propietarias”.

Usted podía extraer muchos datos de su equipo, pero tenia que comprar el sensor y todo el resto de equipos que forman parte del sistema del mismo fabricante.

Introducción

Introducción

4..20 mA current loop

fluid

Transmisor de Presión

Redes HART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) fuédesarrolado por Fisher-Rosemount para reforzar lasredes de transmisores 4-to-20mA con comunicación de datos de modo digital.

HART modula la corriente de 4-20mA con un bajo-nivel de frequency-shift-keyed(FSK) señal sinoidal, sin afectar la señal promedio analógica.

HART usa una baja frecuencia (1200Hz and 2200 Hz) para tratar con cables malos, su tasa es de 1200 Bd– pero suficiente.

HART usa la tecnoogiamode Bell 202, la tecnologia ADSL no fue disponible el 1989, cuando el HART fue diseñado

Tomado de: www.hartcomm.org

Punto a puntoMultidrop

Terminal universal hand-help

Redes HART

El Protocolo HartHart se comunica punto a punto, bajo un control de un maestro, ej. Un hand-held device

preamble start address command bytecount [status] data data checksum1 1..55..20

(xFF)1 1 [2]

(slave response)0..25

(recommended)1

Master

Indication

Slave

Request

Confirmation

Response

time-out

command

response

Hart frame format (character-oriented):

1

Redes HART

Redes Field Bus

Foundation Fieldbus es todo digital, serial, sistema de comunicación de 2 vías, que se interconecta equipos de campo tales como sensores, actuadores y controladores. Fieldbus es una LAN (Local Area Network) para instrumentos utilizados tanto en procesos como en automatización de manufactura con capacidades internas propias para distribuir el control a través de la red.

Redes Field Bus

La estrategia de control esta distribuida entre todos los dispositivos de campo. Esto es posible porque además de tener bloques de funciones in sus microprocesadores, ellos tienen la habilidad de comunicarse rápido y fiablemente entre ellos mediante el bus de comunicación. De alli viene la fantástica flexibilidad de su tecnología. Los equipos pueden ser conectados a la red y ser configurados de acuerdo a las necesidades del usuario, posibles de ser acomodados en pequeños sistemas o en plantas enteras.

Redes Field Bus

El Fieldbus permite conectarse a varios equipos con un cable de un simple par. Esto resulta en menos cable para su instalación, menor cantidad del uso de barreras para equipos intrínsicamente seguros, y menor cantidad de cables que ordenar en los gabinetes.

Redes Field BusEn sistemas tradicionales de automatización, la cantidad de información disponible para el usuario no iba mas allá de las variables de control, en Foundation Fieldbus, la cantidad es mucho mayor, debido principalmente a las facilidades de la comunicación digital.

Además de eso, Fieldbus ha incrementado su resolución sin distorsión (no hay conversión de A/D ó D/A) el cual da mayor fiabilidad al control. Todo esto aumentado al hecho de que el control depende del mejor resultado obtenidos por sus dispositivos en lazo con menor distorsión. El Fieldbus permite traer varias variables de un solo dispositivo en el sistema de control para archivar, graficar, procesar estudios de optimización, y generación de reportes.

Redes Field Bus

El auto comprobación y las habilidades de comunicación de los microprocesadores de los equipos basados en fieldbus ayudan a reducir paradas y mejoran el performance de una planta.

A la detección de una condición anormal o la necesidad de un mantenimiento preventivo, el personal de la planta y el de mantenimiento es notificado. Esto permite una acción correctiva pueda ser iniciada rápida y segura.

Redes Field Bus

Interoperativilidad

Foundation Fieldbus es también un protocolo abierto, lo que significa el cualquier fabricante certificado de Foundation Fieldbus esta libre de proveer dispositivos que trabajen con otros dispositivos de otros fabricantes certificados.

Esta habilidad de operar diferentes dispositivos, independientemente del fabricante en el mismo sistema, sin la mas mínima perdida de funcionalidad es llamada interoperatividad.

Esta flexibilidad de escoger el proveedor, sabiendo que todos trabajaran juntos es un hecho fantástico y victorioso de todos los usuarios.

Redes Profibus

Redes Profibus

Redes Profibus