UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION 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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. 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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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 …..
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
Modelo Estructural de un Sistema de Automatización
Actuadores
Pre-Actuadores
Sensores
Comunicaciones
Parte Operativa Parte de Control
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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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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AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA 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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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 Psi
4 – 20 mA1 – 5 V
Red Proceso
Salida
Analógico de Entrada:
Sensor
Acondicionador de Señal
(Electrónica)
Transductor
SalidaEléctrica
Proceso
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
Red
Entrada
Proceso
Actuador
Actuador
Válvula
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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 TransductorAcondicionador
de señal
+V (1)Gnd (0)
Salida
ON
OFF
Digital de Entrada:
ContactorRele de ContactosSuiche de Presión
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Principio de Funcionamiento de los InstrumentosPrincipio 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 TransductorAcondicionador
de señal Entrada+V (1)
Gnd (0)
ON
OFF
Contactor
Bobina
Contactos
Electroválvula
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
Recolección de Datos con Unidad Terminal Remota (UTR)
Las RTU son dispositivos electrónicos para la adquisición y controla distancia de los datos de proceso. Son el interfaz entre los instrumentos y los
sistemas de supervisión.
Vista Interna Vista Externa
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
Hardware Modular de la UTR
FU
EN
TE
DE
P
OD
ER
PR
OC
ES
AD
OR
CO
MU
NIC
AC
ION
DI –
8 E
NT
RA
DA
S
DO
– 8
SA
LID
AS
AI –
8 E
NT
RA
DA
S
AO
– 8
SA
LID
AS
SL
OT
RE
SE
RV
A
SL
OT
RE
SE
RV
A
SL
OT
RE
SE
RV
A
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
Datos de Proceso en la UTR
MO
DU
LO
DI
( 8
En
trad
as)
PS-01-1
PS-02-1
PS-02-1
PR
OC
ES
AD
ORLS-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-8Puntos tipo Bit
en el Procesador
RTU
MO
DU
LO
AI
( 8
En
trad
as)
PT-01-1
TT-02-1
PT-02-1
PR
OC
ES
AD
ORLT-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-8Puntos tipo Byte
en el Procesador
RTU
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
Sistemas de Telecomunicaciones.
Antena Microondas
Antena UHF
Estaciones Base y
Repetidoras
Radio Móvil
Satélites
Telefonía
RTUMódulos de
Comunicación
Centros de Control
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
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