Presenta Pid
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CONTROL, INSTRUMENTACIÓN E INSTALACIONES Dr. Diego Ramírez Muñoz 1 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
CONTENIDO I.- Introducción y conceptos básicos. II.- La instrumentación en el procesamiento ambiental del agua. III.- El control de procesos en el procesamiento ambiental del agua. IV.- La actuación en el procesamiento ambiental del agua. V.- Instalaciones.
2 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
I.- Introducción y conceptos básicos. 1.- Conceptos generales y terminología. (1,5 h) ¾ Definiciones previas. ¾ Diagrama de bloques de un proceso controlado. ¾ Tipos de sistemas de control. ¾ Esquemas en un proceso controlado.
3 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Definiciones previas
Conceptos generales y terminología
Control Æ Cualquier método capaz de forzar los parámetros de un entorno a un valor determinado (objetivo de control).
Ejemplos
Forzar la temperatura de un recinto a 21ºC. Guiar una nave espacial a Saturno.
Sistema de control Æ
Conjunto de elementos necesarios para conseguir el objetivo de control sobre un proceso determinado.
Regulación Æ Mantenimiento de un parámetro a un valor determinado (valor de referencia) de forma independiente a influencias externas.
4 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Proceso
Diagrama de bloques de un proceso controlado
Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado. una variable a controlar Æ proceso uni-variable varias variables a controlar Æ proceso multivariable (planta)
Proceso
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
5 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Medida
Diagrama de bloques de un proceso controlado Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las cualidades de los objetos o acontecimientos del mundo físico real. Empírico ÆEstá basado en la experimentación. Objetivo ÆNo depende del operario.
Sensor
Transforma la información de interés en una señal mejor procesable (eléctrica, neumática, hidráulica).
Acondicionador La señal que proporciona el sensor es transformada en otra señal de cierta amplitud capaz de ser procesable por subsistemas digitales (CAD). Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
6 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Detector de error
Diagrama de bloques de un proceso controlado Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar. Elemento muy importante en el control de un proceso Æ en función de su respuesta el control actúa.
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
7 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Realiza una acción determinada en función del detector de error.
Controlador
Generalmente los procesamientos requeridos son realizados por un µP o computador.
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8 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Elemento final de control
Diagrama de bloques de un proceso controlado Ejecuta una acción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador. Representado por electroválvulas, motores, lámparas, relés, etc.
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9 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Elemento intermedio entre el controlador y el elemento final.
Actuador
Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador.
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10 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado
r: referencia. c: variable a controlar. b: representación acondicionada de la variable a controlar. p: señal de salida del controlador. u: variable que controla el proceso.
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11 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado
Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.
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12 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 1
¿Diagrama de bloques?
• Control de nivel al setpoint Nsp. • Control de tª al setpoint Tsp. • Control del caudal de salida al setpoint Qsp.
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13 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control ON/OFF
El elemento final de control tiene solo 2 estados posibles. No es posible una variación continua entre ellos.
En este tipo de control o se calienta o se enfría o no se hace nada.
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14 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control analógico
Todas las variables y procesamientos existentes en el sistema son de naturaleza analógica. En el control analógico es posible una variación continua de las variables de interés.
En este caso es posible calentar de forma continua el proceso.
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15 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control digital
Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.). Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.
Supervisión digital
Existen señales digitales pero las señales procesadas por los bucles de control son analógicas
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16 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control digital
Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.). Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.
Control digital directo
La unida de procesamiento digital (computador) asume el papel de varios elementos del sistema de control (detector de error, controlador, etc.)
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17 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Necesarios para interpretar y conocer el funcionamiento de un proceso controlado. Utiliza un conjunto de símbolos y definiciones estándar desarrolladas por ANSI e ISA. ANSI: American National Standard Institute. ISA: Instrumentation, Systems and Automation Society. El estándar es el ANSI/ISA S5.1-1984 (R1992). La representación del proceso controlado de acuerdo al estándar da lugar a los diagramas
PID (Piping and Instrumentation Diagrams) Los elementos que intervienen en un diagrama PID son: 9 Elementos básicos. 9 Símbolos de líneas. 9 Símbolos de instrumentos o equipos. 9 Símbolos de actuadores. 9 Otros símbolos. 18 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Proceso o planta a controlar. Elementos básicos
Etiquetas de identificación de la función de un elemento.
Símbolos de líneas
Señales eléctricas (4-20 mA) Æ representadas por líneas discontinuas. Señales neumáticas (3-15 psi) Æ línea contínua barrada. Señales digitales Æ línea contínua con círculos.
Notas aclaratorias.
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19 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos o equipos
Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc. Definidos por: una forma Æespecifica su accesibilidad. una letra Æ especifica una función. un número Æ especifica su localización o bucle en el que se encuentra.
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Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos o equipos
Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc. Definidos por: una forma Æespecifica su accesibilidad. una letra Æ especifica una función. un número Æ especifica su localización o bucle en el que se encuentra.
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21 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos (funciones matemáticas)
Aparecen especificadas en un diagrama PID. Cuando aparecen denotan una implementación por hardware.
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22 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de actuadores
Tienen diferentes formas cada una propia del tipo de actuador. La norma da libertad (siempre dentro de un estilo común) para la creación de nuevos símbolos. Otros símbolos
Son anotaciones adicionales para facilitar la interpretación de los diagramas.
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23 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Ejemplo nº 1
Esquemas en un proceso controlado Vasija de reacción Instrumentos TT-301 (sensor de tª y transmisor). TC-301 (controlador de tª). línea interna Æ accesible al operario (sala de control). el setpoint no aparece Æ selección manual. PY-301 (convertidor de corriente a presión). Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión proporcional al caudal).
TZ 301
Elementos finales TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor). FZ 302
FV-302 (válvula de salida de reactivo). FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión). TZ-301 (actuador neumático bucle de tª). Otros símbolos Etiqueta de válvula de control de tª (TV-301). Bucle de control Totalmente neumático. FT-302 (transmisor de presión a presión normalizada). FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo).
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FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario).
24 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Ejemplo nº 2
Esquemas en un proceso controlado Tanque de llenado Instrumentos FC-220 (computador de control de caudal, situado en campo). desarrolla líneas analógicas 4-20 mA hacia la válvula.
FZ 220
desarrolla línea de medida de caudal. LT-220 (transmisor de nivel, proporciona señal al computador). LC-220 (computador localizado en la sala de control). su salida es la entrada (setpoint) al bucle de caudal. YIC-225 (PLC). controla la válvula de vaciado del tanque. Elementos finales FV-220 (válvula de control del caudal). Válvula de vaciado del tanque (actuada eléctricamente y cargada con resorte). Otros símbolos Etiqueta de válvula de control de caudal (FV-220). Etiqueta de línea de medida de caudal (FO-220).
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.
Línea interna digital entre computadores.
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25 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 2
¿Diagrama PID?
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26 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 3
Descripción
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27 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
I.- Introducción y conceptos básicos. Referencias [1] Johnson, C.: “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice Hall, NJ, 2005. ISBN: 0131976699.
28 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
CONTENIDO I.- Introducción y conceptos básicos. II.- La instrumentación en el procesamiento ambiental del agua. III.- El control de procesos en el procesamiento ambiental del agua. IV.- La actuación en el procesamiento ambiental del agua. V.- Instalaciones.
2 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
I.- Introducción y conceptos básicos. 1.- Conceptos generales y terminología. (1,5 h) ¾ Definiciones previas. ¾ Diagrama de bloques de un proceso controlado. ¾ Tipos de sistemas de control. ¾ Esquemas en un proceso controlado.
3 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Definiciones previas
Conceptos generales y terminología
Control Æ Cualquier método capaz de forzar los parámetros de un entorno a un valor determinado (objetivo de control).
Ejemplos
Forzar la temperatura de un recinto a 21ºC. Guiar una nave espacial a Saturno.
Sistema de control Æ
Conjunto de elementos necesarios para conseguir el objetivo de control sobre un proceso determinado.
Regulación Æ Mantenimiento de un parámetro a un valor determinado (valor de referencia) de forma independiente a influencias externas.
4 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Proceso
Diagrama de bloques de un proceso controlado
Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado. una variable a controlar Æ proceso uni-variable varias variables a controlar Æ proceso multivariable (planta)
Proceso
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
5 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Medida
Diagrama de bloques de un proceso controlado Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las cualidades de los objetos o acontecimientos del mundo físico real. Empírico ÆEstá basado en la experimentación. Objetivo ÆNo depende del operario.
Sensor
Transforma la información de interés en una señal mejor procesable (eléctrica, neumática, hidráulica).
Acondicionador La señal que proporciona el sensor es transformada en otra señal de cierta amplitud capaz de ser procesable por subsistemas digitales (CAD). Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
6 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Detector de error
Diagrama de bloques de un proceso controlado Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar. Elemento muy importante en el control de un proceso Æ en función de su respuesta el control actúa.
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
7 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Realiza una acción determinada en función del detector de error.
Controlador
Generalmente los procesamientos requeridos son realizados por un µP o computador.
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8 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos Elemento final de control
Diagrama de bloques de un proceso controlado Ejecuta una acción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador. Representado por electroválvulas, motores, lámparas, relés, etc.
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9 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Elemento intermedio entre el controlador y el elemento final.
Actuador
Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador.
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10 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado
r: referencia. c: variable a controlar. b: representación acondicionada de la variable a controlar. p: señal de salida del controlador. u: variable que controla el proceso.
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11 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado
Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.
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12 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Elementos constitutivos
Diagrama de bloques de un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 1
¿Diagrama de bloques?
• Control de nivel al setpoint Nsp. • Control de tª al setpoint Tsp. • Control del caudal de salida al setpoint Qsp.
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13 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control ON/OFF
El elemento final de control tiene solo 2 estados posibles. No es posible una variación continua entre ellos.
En este tipo de control o se calienta o se enfría o no se hace nada.
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14 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control analógico
Todas las variables y procesamientos existentes en el sistema son de naturaleza analógica. En el control analógico es posible una variación continua de las variables de interés.
En este caso es posible calentar de forma continua el proceso.
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15 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control digital
Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.). Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.
Supervisión digital
Existen señales digitales pero las señales procesadas por los bucles de control son analógicas
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16 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Tipos de sistemas de control Control digital
Contienen una inteligencia de procesamiento digital (µC, µP, DSP, PC, etc.). Dos subclases: supervisión digital y control digital directo.
Control digital directo
La unida de procesamiento digital (computador) asume el papel de varios elementos del sistema de control (detector de error, controlador, etc.)
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17 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Necesarios para interpretar y conocer el funcionamiento de un proceso controlado. Utiliza un conjunto de símbolos y definiciones estándar desarrolladas por ANSI e ISA. ANSI: American National Standard Institute. ISA: Instrumentation, Systems and Automation Society. El estándar es el ANSI/ISA S5.1-1984 (R1992). La representación del proceso controlado de acuerdo al estándar da lugar a los diagramas
PID (Piping and Instrumentation Diagrams) Los elementos que intervienen en un diagrama PID son: 9 Elementos básicos. 9 Símbolos de líneas. 9 Símbolos de instrumentos o equipos. 9 Símbolos de actuadores. 9 Otros símbolos. 18 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Proceso o planta a controlar. Elementos básicos
Etiquetas de identificación de la función de un elemento.
Símbolos de líneas
Señales eléctricas (4-20 mA) Æ representadas por líneas discontinuas. Señales neumáticas (3-15 psi) Æ línea contínua barrada. Señales digitales Æ línea contínua con círculos.
Notas aclaratorias.
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19 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos o equipos
Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc. Definidos por: una forma Æespecifica su accesibilidad. una letra Æ especifica una función. un número Æ especifica su localización o bucle en el que se encuentra.
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e. Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.20
Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos o equipos
Sensores, transmisores, controladores, computadores, PLCs, etc. Definidos por: una forma Æespecifica su accesibilidad. una letra Æ especifica una función. un número Æ especifica su localización o bucle en el que se encuentra.
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21 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de instrumentos (funciones matemáticas)
Aparecen especificadas en un diagrama PID. Cuando aparecen denotan una implementación por hardware.
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22 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Símbolos de actuadores
Tienen diferentes formas cada una propia del tipo de actuador. La norma da libertad (siempre dentro de un estilo común) para la creación de nuevos símbolos. Otros símbolos
Son anotaciones adicionales para facilitar la interpretación de los diagramas.
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23 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Ejemplo nº 1
Esquemas en un proceso controlado Vasija de reacción Instrumentos TT-301 (sensor de tª y transmisor). TC-301 (controlador de tª). línea interna Æ accesible al operario (sala de control). el setpoint no aparece Æ selección manual. PY-301 (convertidor de corriente a presión). Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión proporcional al caudal).
TZ 301
Elementos finales TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor). FZ 302
FV-302 (válvula de salida de reactivo). FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión). TZ-301 (actuador neumático bucle de tª). Otros símbolos Etiqueta de válvula de control de tª (TV-301). Bucle de control Totalmente neumático. FT-302 (transmisor de presión a presión normalizada). FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo).
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FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario).
24 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Ejemplo nº 2
Esquemas en un proceso controlado Tanque de llenado Instrumentos FC-220 (computador de control de caudal, situado en campo). desarrolla líneas analógicas 4-20 mA hacia la válvula.
FZ 220
desarrolla línea de medida de caudal. LT-220 (transmisor de nivel, proporciona señal al computador). LC-220 (computador localizado en la sala de control). su salida es la entrada (setpoint) al bucle de caudal. YIC-225 (PLC). controla la válvula de vaciado del tanque. Elementos finales FV-220 (válvula de control del caudal). Válvula de vaciado del tanque (actuada eléctricamente y cargada con resorte). Otros símbolos Etiqueta de válvula de control de caudal (FV-220). Etiqueta de línea de medida de caudal (FO-220).
Curtis Johnson: Process Control Instrumentation Technology, 8e.
Línea interna digital entre computadores.
Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. All rights reserved.
25 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 2
¿Diagrama PID?
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26 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
Esquemas en un proceso controlado Ejercicio propuesto nº 3
Descripción
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27 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
I.- Introducción y conceptos básicos. Referencias [1] Johnson, C.: “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice Hall, NJ, 2005. ISBN: 0131976699.
28 Control, Instrumentació Instrumentación e Instalaciones. Máster en Ingenierí Ingeniería Ambiental.
