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
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 Industria Alimentos Sistemas de Transporte Servicios Públicos Gas y Agua Muchos mas …..
Sistemas Eléctricos Automatizados. (Gp:) Procesos donde es aplicable la Automatización Planta de Generación Hidroeléctricas Línea de Transmisión de Energía Sistemas de Distribución Industrias, Comercios y Residencias
Sistemas Automatizados en Servicios Públicos de Agua y Gas. Represas y Embalses. Estaciones de Distribución Plantas y Estaciones de Distribución de Gas Estaciones de Bombeo Plantas de Tratamiento de Agua (Gp:) Procesos donde es aplicable la Automatización
Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera. Plantas de Gas. Múltiples de Distribución de Gas Estaciones de Producción Pozos de Producción Patios de Almacenamiento Refinerías (Gp:) Procesos donde es aplicable 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. (Gp:) Antecedentes de la Automatización
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. (Gp:) Ventajas de la Automatización (Gp:) 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
(Gp:) Modelo Estructural de un Sistema de Automatización (Gp:) Actuadores (Gp:) Pre-Actuadores (Gp:) Sensores (Gp:) Comunicaciones (Gp:) Parte Operativa (Gp:) Parte de Control
(Gp:) Clasificación de las tecnologías de Automatización (Gp:) Neumática (Gp:) Hidráulica (Gp:) Electrónica (Gp:) Eléctrica (Gp:) Tecnologías Cableadas y Físicas (Gp:) Tecnologías Programables (Gp:) Autómatas (PLC) (Gp:) Micro-Controladores (Gp:) Computadores (Gp:) Clasificación Tecnológica Tecnologías de Integración: telecomunicaciones, redes, entornos web, informática, aplicaciones de software, entre otros
Modelo Piramidal Integrado de un Sistema de Automatización Nivel 1: INSTRUMENTACIÓN, MEDICIÓN Y ACTUACIÓN Nivel 2: CONTROL LOCAL Y RECOLECCION DE DATOS Nivel 3: SUPERVISIÓN Y CONTROL REMOTO Nivel 4: INTEGRACIÓN, OPTIMIZACIÓN Y GESTIÓN Modelo Piramidal ISO Planificación del Sistema Implementación del Sistema Flujo de Datos hacia el Proceso Flujo de Datos desde el Proceso Nivel 0: Operaciones del Proceso
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)
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 Unidades Terminales Remotas (RTU) Controladores Lógicos Programables (PLC) Computadores Personales (PC) Nivel 2: Control Local y Recolección de Datos
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
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
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 de Supervisión Actuadores Aspectos de Instrumentación para la Automatización Sistema de 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
Clasificación y Tipos de Instrumentos según el tipo de datos
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. (Gp:) Proceso (Gp:) Sensor (Gp:) Transductor (Gp:) Acondicionador de señal (Electrónica) (Gp:) 0-2000 Psi (Gp:) 4 – 20 mA 1 – 5 V Red Proceso (Gp:) Salida Analógico de Entrada: (Gp:) Sensor (Gp:) Acondicionador de Señal (Electrónica) (Gp:) Transductor (Gp:) Salida Eléctrica (Gp:) Proceso
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 (Gp:) Válvula (Gp:) Transductor (Motor) (Gp:) Acondicionador de señal (Gp:) 0-100% (Gp:) 4 – 20 mA 1 – 5 V Red (Gp:) Entrada (Gp:) Proceso (Gp:) Actuador (Gp:) Actuador (Gp:) Válvula
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) (Gp:) Proceso (Gp:) Sensor (Gp:) Transductor (Gp:) Acondicionador de señal (Gp:) +V (1) Gnd (0) (Gp:) Salida (Gp:) ON (Gp:) OFF Digital de Entrada: (Gp:) Contactor (Gp:) Rele de Contactos (Gp:) Suiche de Presión
Principio de Funcionamiento de los Instrumentos 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) (Gp:) Proceso (Gp:) Transductor (Gp:) Acondicionador de señal (Gp:) Entrada (Gp:) +V (1) Gnd (0) (Gp:) ON (Gp:) OFF (Gp:) Contactor (Gp:) Bobina (Gp:) Contactos (Gp:) Electroválvula
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. Sistema Recolector de Datos Supervisión Local (IHM) Interfase Humano-Maquina) (DCS) (Gp:) Instrumentación de Planta (Gp:) Proceso (Gp:) I (Gp:) O (Gp:) I (Gp:) O (Gp:) Infraestructura Física de Planta Unidad Terminal Remota Telecomunicaciones Supervisión a Distancia (Scada) Configuración
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
Arquitectura de la Unidad Terminal Remota UTR (Gp:) Medidores y Sensores (Gp:) RAM (Gp:) EPROM (Gp:) CPU (Gp:) Batería (Gp:) Bus de Memoria (Gp:) PROCESADOR (Gp:) MODULOS DIGITALES ENTRADA (DI) (Gp:) INTERFASE (DI) (Gp:) MODULOS DIGITALES SALIDA (DO) (Gp:) INTERFASE (DO) (Gp:) MODULOS ANALOGICOS ENTRADA (AI) (Gp:) INTERFASE (AI) (Gp:) MODULOS ANALOGICOS SALIDA (AI) (Gp:) INTERFASE (AO) (Gp:) FUENTE DE PODER (Gp:) +5V, +12V (Gp:) Instrumentos y Sensores (Gp:) Reles y Válvulas (Gp:) Actuadores (Gp:) Bus de I/O (Gp:) MODULO COMUNICACION (Gp:) Sistema Alimentación Externo (Gp:) Sistema Comunicación Externo (Gp:) Configuración y Supervisión (Gp:) Bus +V / Gnd (Gp:) Red Instrumentos
Hardware Modular de la UTR FUENTE DE PODER PROCESADOR COMUNICACION (Gp:) DI – 8 ENTRADAS (Gp:) DO – 8 SALIDAS (Gp:) AI – 8 ENTRADAS (Gp:) AO – 8 SALIDAS (Gp:) SLOT RESERVA (Gp:) SLOT RESERVA (Gp:) SLOT RESERVA 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
Datos de Proceso en la UTR (Gp:) MODULO DI ( 8 Entradas) (Gp:) PS-01-1 (Gp:) PS-02-1 (Gp:) PS-02-1 (Gp:) PROCESADOR (Gp:) LS-02-1 (Gp:) LHS-02-1 (Gp:) ZV-03-1 (Gp:) ZV-04-1 (Gp:) ZV-05-1 (Gp:) Instrumentos Binarios (Gp:) DI-1 (Gp:) DI-2 (Gp:) DI-3 (Gp:) DI-4 (Gp:) DI-5 (Gp:) DI-6 (Gp:) DI-7 (Gp:) DI-8 (Gp:) Puntos tipo Bit en el Procesador (Gp:) RTU (Gp:) MODULO AI ( 8 Entradas) (Gp:) PT-01-1 (Gp:) TT-02-1 (Gp:) PT-02-1 (Gp:) PROCESADOR (Gp:) LT-02-1 (Gp:) PDT-02-1 (Gp:) ZT-03-1 (Gp:) FT-04-1 (Gp:) PT-05-1 (Gp:) Instrumentos Analógicos (Gp:) AI-1 (Gp:) AI-2 (Gp:) AI-3 (Gp:) AI-4 (Gp:) AI-5 (Gp:) AI-6 (Gp:) AI-7 (Gp:) AI-8 (Gp:) Puntos tipo Byte en el Procesador (Gp:) RTU
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
Sistemas de Telecomunicaciones. Antena Microondas Antena UHF Estaciones Base y Repetidoras Radio Móvil Satélites Telefonía RTU Módulos de Comunicación Centros de Control
Sistemas de Alimentación y Energía Eléctrica. RTU Banco de baterías Rectificador /Cargador Sistema de Alimentación Eléctrica Red de 110 Vac / 220Vac 24 Vdc (Gp:) Instrumentación (Gp:) Telecomunicaciones Panel Solar Diagrama de Subsistemas