Automatización - Ing. Gerardo Alberto Leal, MSc

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UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE COMPUTACIÓN
AUTOMATIZACIÓN
UNIDAD 1:
INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN
AUTOR:
ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSc
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
La Automatización se aplica en diversos sectores de la producción
de bienes y servicios tales como:
Industria de la
Energía Eléctrica
Industria de los
Hidrocarburos
Industria Química
y Petroquímica
Telecomunicaciones
Servicios Públicos
Gas y Agua
Industria
Alimentos
Sistemas de
Transporte
Muchos mas …..
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Procesos donde es aplicable la Automatización
Sistemas Automatizados en Servicios Públicos de Agua y Gas.
Represas y Embalses.
Estaciones de
Distribución
Plantas de Tratamiento
de Agua
Estaciones de
Bombeo
Plantas y Estaciones de
Distribución de Gas
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Procesos donde es aplicable la Automatización
Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera.
Pozos de
Producción
Múltiples de
Distribución de Gas
Estaciones de
Producción
Plantas de
Gas.
Patios de
Almacenamiento
Refinerías
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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.
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Ventajas de la Automatización
Desventajas de la Automatización
 Aumento de la Productividad.
 Resistencia al cambio.
 Reducción de Costos de Operación.
 Se requieren conocimientos Tecnológicos.
 Mejor Calidad de Productos.
 Altos costos de inversión inicial.
 Estandarización de los Productos.
 Limitaciones de personal capacitado.
 Aumento de la Seguridad Industrial.
 Necesidad permanente de adiestramiento.
 Dignificación del trabajo Humano.
 Obsolescencia de las tecnologías.
 Flexibilidad de la Producción.
 Limitaciones de las máquinas para operar.
 Integración de Sistemas de Producción.  Dificultades por falta de sensores
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Modelo Estructural de un Sistema de Automatización
Parte Operativa
Parte de Control
Pre-Actuadores
Actuadores
Sensores
Comunicaciones
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Clasificación de las tecnologías de Automatización
Clasificación Tecnológica
Tecnologías Cableadas
y Físicas
Neumática
Eléctrica
Hidráulica
Electrónica
Tecnologías
Programables
Autómatas
(PLC)
MicroControladores
Computadores
Tecnologías de Integración: telecomunicaciones, redes, entornos web, informática,
aplicaciones de software, entre otros
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Modelo Piramidal Integrado de un Sistema de Automatización
Planificación del Sistema
Nivel 4: INTEGRACIÓN,
OPTIMIZACIÓN Y
GESTIÓN
Nivel 3: SUPERVISIÓN
Y CONTROL REMOTO
Flujo de Datos
hacia el Proceso
Implementación del Sistema
Flujo de Datos
desde el Proceso
Nivel 2: CONTROL LOCAL Y
RECOLECCION DE DATOS
Nivel 1: INSTRUMENTACIÓN, MEDICIÓN
Y ACTUACIÓN
Nivel 0: Operaciones del Proceso
Modelo Piramidal ISO
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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)
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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)
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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)
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
Planta/Procesos
Sistema de
Automatización
Medidores
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
(0-1500 Psi)
Transmisores
de Flujo FT
(0 – 150 Pie3 /Seg)
DIGITALES
Transmisores de Presión
Diferencial PDT
(0- 100 “H2O)
ANALOGICOS
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Clasificación y Tipos de Instrumentos según el tipo de datos
Instrumentos
Analógicos
Entrada
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
Salida
Convertidores I/P
X
Actuadores de Válvulas (YV)
X
Digitales
Entrada
Suiches de Presión (PS)
X
Suiches de Nivel (LS)
X
Contactos de Rele (K)
X
Salida
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
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
Acondicionador
de señal
(Electrónica)
Salida
0-2000 Psi
Salida
Eléctrica
Transductor
4 – 20 mA
1–5V
Red Proceso
Acondicionador de
Señal
(Electrónica)
Sensor
Proceso
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
Válvula
Transductor
(Motor)
Acondicionador
de señal
Entrada
4 – 20 mA
1–5V
Red
0-100%
Proceso
Actuador
Válvula
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
Acondicionador
de señal
Salida
ON
+V (1)
Gnd (0)
OFF
Suiche de Presión
Rele de Contactos
Contactor
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
I
Sistema
Recolector
de Datos
Instrumentación
de Planta
Unidad
Terminal
Remota
Supervisión a
Distancia
(Scada)
Telecomunicaciones
O
O
I
Proceso
Supervisión Local
(IHM)
Interfase
Humano-Maquina)
(DCS)
Configuración
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Arquitectura de la Unidad Terminal Remota UTR
Bus de Memoria
Bus +V / Gnd
Batería
RAM
EPROM
CPU
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)
INTERFASE (DO)
INTERFASE (DI)
INTERFASE (AI)
Medidores y
Sensores
MODULOS
ANALOGICOS
SALIDA (AI)
Reles y
Válvulas
Sistema
Comunicación
Externo
Instrumentos y
Sensores
MODULO
COMUNICACION
INTERFASE (AO)
Actuadores
Configuración
y Supervisión
Red
Instrumentos
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Hardware Modular de la UTR
Módulos DI
4, 8, 16, 32 Entradas
Módulos DO
4, 8, 16, 32 Salidas
SLOT RESERVA
SLOT RESERVA
SLOT RESERVA
AO – 8 SALIDAS
AI – 8 ENTRADAS
DO – 8 SALIDAS
Módulos I/O
DI – 8 ENTRADAS
COMUNICACION
PROCESADOR
FUENTE DE PODER
Módulos
Principales
Rack
Interfases
Instrumentación
Módulos AI
4, 8, 16, 32 Entradas
Módulos AO
4, 8, 16, 32 Salidas
Instrumentos
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Datos de Proceso en la UTR
PT-01-1
DI-1
DI-2
LHS-02-1
ZV-03-1
ZV-04-1
ZV-05-1
Instrumentos
PROCESADOR
LS-02-1
MODULO DI
( 8 Entradas)
PS-02-1
DI-3
DI-4
DI-5
DI-8
Puntos tipo Bit
en el Procesador
RTU
AI-1
AI-2
PT-02-1
LT-02-1
PDT-02-1
ZT-03-1
DI-6
DI-7
Binarios
TT-02-1
FT-04-1
PT-05-1
Instrumentos
PROCESADOR
PS-02-1
MODULO AI
( 8 Entradas)
PS-01-1
AI-3
AI-4
AI-5
AI-6
AI-7
AI-8
Puntos tipo Byte
en el Procesador
Analógicos
RTU
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
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
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Sistemas de Telecomunicaciones.
Antena UHF
Satélites
Antena
Microondas
Estaciones
Base y
Repetidoras
RTU
Módulos de
Comunicación
Telefonía
Radio Móvil
Centros de
Control
AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc
UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN
Sistemas de Alimentación y Energía Eléctrica.
Sistema de Alimentación Eléctrica
24 Vdc
RTU
Instrumentación
Rectificador /Cargador
Banco de baterías
Panel Solar
Red de 110 Vac
/ 220Vac
Diagrama de Subsistemas
Telecomunicaciones
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