UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN
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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
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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
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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 …..
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Sistemas Eléctricos Automatizados.
Procesos donde es aplicable la Automatización
Planta de Generación
Hidroeléctricas
Línea de Transmisión de Energía
Sistemas deDistribución
Industrias, Comercios y Residencias
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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
Procesos donde es aplicable la Automatización
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Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera.
Plantas de Gas.
Múltiples de Distribución de Gas
Estaciones de Producción
Pozos de Producción
Patios de Almacenamiento
Refinerías
Procesos donde es aplicable la Automatización
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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
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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
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Modelo Estructural de un Sistema de Automatización
Actuadores
Pre-Actuadores
Sensores
Comunicaciones
Parte Operativa Parte de Control
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
Principio de Funcionamiento de los Instrumentos
Analógico de Salida:
Principio de Funcionamiento de los Instrumentos
Válvula Transductor(Motor)
Acondicionadorde señal
0-100%
4 – 20 mA1 – 5 V
RedEntrada
Proceso
Actuador
Actuador
Válvula
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Principio de Funcionamiento de los Instrumentos
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Sistemas de Telecomunicaciones.
Antena Microondas
Antena UHF
Estaciones Base y
Repetidoras
Radio Móvil
Satélites
Telefonía
RTUMódulos de
Comunicación
Centros de Control
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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