Apuntes sobre la instrumentación

Conceptos básicos

1.1 Evolución de la Instrumentación

Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, e industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el PH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

En los inicios de la era industrial, el operario llevaba a cabo un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al operario de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al operario le serian imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente un control manual.

Los instrumentos de control fueron naciendo a medida que las exigencias del proceso lo impusieron. Las necesidades de la industria fueron (y son actualmente) el motor que puso en marcha la inventiva de los fabricantes o de los propios usuarios para idear y llevar a cabo la fabricación de los instrumentos convenientes para los procesos industriales.

El desarrollo se inició con los manómetros, termómetros y válvulas manuales localmente montados. En esta fase eran necesarios muchos operadores para observar los instrumentos y maniobrar las válvulas. Los procesos y los instrumentos eran proyectados empíricamente basándose en la intuición y en la experiencia acumulada y no estaban centralizados para conseguir una mayor eficiencia en las funciones del operador.

La siguiente etapa fue la centralización de las funciones de medida y de control más importantes, pertenecientes a una operación del proceso, en un panel localmente montado. De este modo podía observarse y controlarse el funcionamiento de cada elemento particular de la instalación de una manera más coordinada y eficaz. Para hacer esto posible, se desarrollaron instrumentos galvanométricos operados por termopar, termómetros con largos capilares y caudalímetros con largos tubos de conducción de la presión diferencial.

Sin embargo, los procesos se hicieron más complejos y críticos y llegó a hacerse necesario que los operadores observaran el funcionamiento de varias unidades de la instalación simultáneamente. El desarrollo de los transmisores neumáticos permitió la centralización de las funciones de medida y de regulación de toda una unidad del proceso en una sala de control, utilizándose como receptores los instrumentos registradores controladores neumáticos de caja grande que aparecieron hacia el año 1940. Estos instrumentos se perfeccionaron con un diseño modular hacia el año 1946, conservando la unidad automático-manual de 4 posiciones en un subpanel aparte.

A medida que pasó el tiempo, estas salas de control se hicieron indebidamente grandes, debido al crecimiento de los procesos y al tamaño de los instrumentos convencionales y se desarrolló la instrumentación neumática miniatura que apareció en el mercado hacia el año 1947, dotada ya con conmutación automático-manual incorporada, pero con el mismo tipo de transferencia.

A principios de los años 50 aparecen los primeros instrumentos electrónicos a válvulas. Más tarde se perfecciona la unidad automático-manual neumática, consiguiéndose el cambio en un solo paso, sin que se produzcan saltos en la señal de salida a la válvula y aparecen paralelamente los instrumentos electrónicos miniatura alrededor de los años 1960. El tamaño de estos instrumentos neumáticos y electrónicos es ya reducido, pero todavía experimentará una normalización posterior.

Los complejos de múltiples procesos empezaron a utilizar salas de control separadas y la coordinación y la comunicación entre los operadores en estas salas de control comenzaron a plantear algunos problemas. Además se introdujeron equipos centrales de tratamiento de datos que requerían la disponibilidad de diversas señales de medida en un punto central.

Los paneles de alta densidad permitieron básicamente que un operador supervisase un gran complejo compuesto por muchos procesos.

Los sistemas de instrumentación de alta densidad normalizaron sus dimensiones a 6 X 3" (150 X 75 mm) en indicadores controladores y 6 X 6" (150 X 150 mm) en registradores, y tuvieron que satisfacer los siguientes requisitos básicos e importantes:

• a) Permitir que el operador asimile rápidamente la información

• b) Permitir que el operador tome sus decisiones muy rápidamente

• c) Permitir una rápida ejecución de las decisiones del operador

La primera característica la proporcionó el indicador de desviación, que facilita tres elementos de información:

• La existencia de una desviación.

• Si la desviación es positiva o negativa

• Cuál es la magnitud de la desviación.

La desviación se pone de manifiesto con dos índices de distintos colores, el de la variable de color rojo o naranja y el del punto de consigna de color verde.

Instrumentación de alta densidad

Cuando no hay desviación, el índice de color rojo o naranja no es visible en absoluto, y todo lo que se ve es una línea verde que se extiende a través de la fila de los controladores de indicación. Cualquier desviación que se presente en cualquier instrumento, sería fácilmente visible al destacar el índice rojo o naranja de la línea verde que mantienen los restantes instrumentos.

Otro complemento de la información lo constituyen las lámparas señalizadoras incorporadas en los anunciadores de alarma. Estos toman muchas formas, desde la más sencilla con un final de carrera conectado a una luz indicadora en el panel, pasando por la forma normal con ventanillas iluminadas que ante una condición de alarma generada por un presóstato, termostato, etc. centellea y hace sonar una bocina, hasta las formas más complejas que memorizan la secuencia de acontecimientos que conduce al paro parcial o total de la planta.

Habiendo adquirido rápidamente información sobre cualesquiera condiciones anormales, el operador tiene que decidir lo que piensa hacer. Necesita refrescar su memoria sobre el organigrama que cubre el proceso o los varios procesos que tiene asignados. La presentación inicial de información que se ideó fueron los paneles gráficos en los que los instrumentos, los pulsadores y pilotos de bombas y las alarmas estaban dispuestos en el panel, siguiendo el trazado del proceso y colocados en su posición real. El problema que presentaba esta disposición era el excesivo espacio de panel ocupado y la imposibilidad de cambiar los instrumentos de lugar ante eventuales modificaciones o ampliaciones del proceso. Se solucionaron parcialmente estos problemas con los paneles semigráficos donde los instrumentos se montan empotrados en filas de dos o cuatro a una altura conveniente para su manejo por parte del operador, los pulsadores y pilotos de bombas se encuentran en una fila más baja, las alarmas van montadas en la parte superior y sobre ellas o a un nivel inferior se encuentra un semigráfico, es decir, un diagrama del proceso con los instrumentos representados y codificados. De este modo, se aprovecha rnás el espacio del panel, pero subsiste el inconveniente del semigráfico. Este, si bien resulta útil en la puesta en marcha, más tarde se convierte en un elemento puramente decorativo, que debe modificarse si cambia el proceso.

Por otro lado, la asignación al operador de uno o varios procesos complejos da lugar a un panel de dimensiones bastante considerables, lo que pone un limite a la capacidad de asimilación del operador y al mismo tiempo restringe la legibilidad de los detalles del proceso dibujados en el semigráfico.

Dentro de la corriente de simplificación se utilizan registradores de tres plumas conmutables para 15-20 señales y montados debajo de los indicadores controladores, de modo que sea fácil distinguir rápidamente los puntos que se están registrando. Para tener una mayor flexibilidad en la puesta en marcha pueden conectarse registradores portátiles montados sobre un mueble tipo carro.

Para tener todavía información más detallada se presenta la información en la pantalla mediante un proyector de diapositivas. Oprimiendo dos o tres botones, el operador puede exigir la presentación sobre la pantalla de cualquier diapositiva de proyector coloreada seleccionada. Puede haber una selección de 100 o más diapositivas, dando partes diferentes del organigrama del proceso y toda la información adicional que el operador pueda necesitar.

Panel semigráfico

El operador ha recibido ya, de este modo, indicaciones rápidas de cualesquiera condiciones anormales del proceso y a la vista de la información clara del proceso presentada, ha tomado ya una decisión, y ahora debe ejecutarla, lo cual se hace posible por la disposición física de los elementos que gobiernan el funcionamiento del controlador.

• La conmutación de manual a automático o viceversa es una operación de un solo paso, que puede ejecutarse en cualquier momento, incluso en presencia de una desviación respecto al punto de consigna, y tanto en instrumentos neumáticos corno en los electrónicos.

• La conmutación de control de punto de consigna remoto, a local es una operación de un solo paso que puede ejecutarse en cualquier momento, independientemente del estado del bucle de control. La vuelta al funcionamiento en cascada se hace también fácil

• Los ajustes manuales del punto de consigna pueden ejecutarse rápidamente por medio de discos fácilmente accesibles, situados en la parte frontal del instrumento.

Una vez desarrollados los instrumentos miniatura neumáticos y electrónicos, los procesos se fueron haciendo poco a poco mucho más complejos y su optimización llegó a ser una necesidad. En esta etapa es donde empezaron a utilizarse los computadores. El primer computador electrónico apareció hacia el año 1946, pero los verdaderos computadores de proceso se desarrollaron realmente en los años 1960-1965 y se aplicaron principalmente en centrales térmicas, industries metalúrgicas, químicas y petroquímicas. Permitieron optimizar y controlar las operaciones de la planta obteniendo productos de calidad alta y constante con ahorros importantes en el proceso, a pesar de su coste elevado.

Desarrollados los computadores y vistas las características de los instrumentos miniatura analógicos en paneles de alta densidad, la evolución continua de los procesos y la complejidad creciente que los mismos iban adquiriendo hizo que los fabricantes, en colaboración con los usuarios de instrumentos, fueran buscando otras soluciones para que sin utilizar ningún computador o en todo caso empleándolo como auxiliar, el operador no se viera desbordado por la necesidad de captar rápidamente una gran cantidad de información que le era necesaria para llevar a cabo un buen control. Evidentemente, le es difícil dominar un proceso complejo con una gran cantidad de instrumentos dispuestos en un panel de excesiva longitud.

La primera tendencia que apareció en 1972 en el mercado fue separar las partes de los instrumentos que realizaban las funciones auxiliares y de control analógico de las de indicación, registro o variaciones del punto de consigna que el operador debía efectuar. De este modo, el primer grupo pasó a una habitación aparte y fue dispuesto de forma modular para que fuera lo más accesible y lo más ventajoso posible para el personal de mantenimiento. El segundo grupo de instrumentos eran puramente aparatos receptores (indicadores y registradores) y otros con posibilidad de envío de señal de punto de consigna (controladores) montados en un panel en la sala de control a la vista del operador o del supervisor de proceso. Hay que señalar que los instrumentos miniatura de funciones separadas se han aplicado con preferencia en calderas y en centrales térmicas quizá debido a la naturaleza compleja de sus sistemas de control. La selección de un sistema o de otro depende de múltiples factores, el mas importante es el grado de complejidad del proceso que fija los costes relativos de cada sistema, pudiendo afirmarse de modo simple que cuanto más complejo sea el proceso tanto más se inclinará la selección por el sistema de funciones separadas. Puede afirmarse que este instrumento tiene un mantenimiento más fácil y que su instalación es preferible en consolas o paneles inclinados por ocupar menos espacio. El instrumento integral es más fácil de ajustar en sus acciones de control y su costo es menor cuando se trata de lazos simples.

Existe la necesidad de coordinar los diversos controladores estableciendo Una jerarquización entre los mismos y lograr una versatilidad que permita el cambio fácil del tipo de control y obtener la mayor economía posible en el control de la planta.

Estas características las reúne el denominado introducido en 1975 en el que uno o varios microprocesadores se encuentran repartidos en varios puntos de la planta donde están conectados a varias señales de proceso correspondientes, en general, a una parte homogénea de la planta. Estos microprocesadores se distribuyen de forma arquitectónica y están conectados entre sí a través de una vía de comunicaciones, la cual comunica a su vez con el centro supervisor del control central, desde donde se tiene acceso de modo automático o manual a todas las variables de proceso de la planta

Control Distribuido

En el control distribuido, el proveedor suministra las consolas de control, de Modo que aquí es innecesario el proyecto y realización del panel de control. Conviene que el usuario indique los tipos de presentación visual que le interesen, prestando su ayuda en el diseño de las pantallas para la representación del proceso, incluyendo la participación de los futuros operadores de la planta, para que ellos, aparte de verse envueltos y reconocido su papel en la planta, puedan influir en la construcción o fabricación de los diagramas, con los que después van a controlar el proceso.

La presentación visual o mímica en las consolas puede configurarse incorporando a voluntad del usuario las formas (tuberías, tanques, bombas, etc.) disponibles en la librería gráfica, situando colores diferentes y haciendo que el diagrama visualice los valores medidos en la pantalla, y que el aspecto del proceso sea lo más real posible, por ejemplo, con tanques que se llenan o vacían, con tuberías que cambian de color según el valor de la temperatura, etc. La llamada a la información puede agilizarse por medio de un sistema de infrarrojos que detecta la posición del dedo del operador, al tocar éste la pantalla. De este modo, aparte de las entradas por teclado, el operador, aunque no tenga experiencia, puede pedir al sistema menús de ayuda, diagramas de flujo, presentación de alarmas, etc., sin tener que preocuparse por la sintaxis de las órdenes.

La visualización de las alarmas aparece en la pantalla o en la impresora en forma de páginas de listado. Por otro lado, los bloques de alarmas típicos de los paneles gráficos y semigráficos que proporcionaban un pequeño número de datos críticos del proceso se transforman, incorporando un microprocesador y un monitor, con una disposición reticular de las alarmas que pueden comunicarse de modo inteligente con el sistema y que posibilitan la conexión con unidades remotas de 64 puntos o más cada una y con la configuración que se desee.

La ventaja fundamental del control distribuido es la mayor seguridad y economía de funcionamiento, al ser los lazos de control de cada microprocesador de menor longitud (por estar situado en el centro óptimo de las variables de proceso captadas) y menos vulnerables al ruido o a los daños; por otro lado, ante la posible (pero poco probable) pérdida de la vía de comunicaciones (que suele ser redundante) los controladores continúan operando localmente. Además, el operador tiene acceso a todos los datos de los controladores (puntos de consigna, variables de proceso, señales de salida a válvulas, etc.) y puede visualizarlos a través de pantallas de televisión, ya que se halla en contacto con los mismos a través de la vía de comunicaciones.

Si se desea puede acoplarse un computador al conjunto del sistema para resolver problemas complejos de la Dirección de la planta, desde los más sencillos como tendencias de variables y su interrelación hasta los más complejos como la auditoria energética y la optimización de costos de las diversas secciones de la fábrica. La arquitectura distribuida de las funciones del computador permite analizar y comunicar entre si los valores de variables tales como el estado del inventario y análisis de los productos (tanto materias primas como productos terminados), la automatización de la producción y el mantenimiento y la información necesaria para la Dirección para una toma correcta de decisiones sobre la marcha de la Planta (optimización de la producción, mejora de la calidad y ahorro de energía).

El control distribuido ha evolucionado en los siguientes aspectos:

• Controladores multifunción para uso en procesos discontinuos en la modificación fácil y repetitiva de operaciones (recipes), incluyendo control 1ógico y secuencial, paros de emergencia, compensadores y diversos algoritmos de control.

• Sistemas de optimización de plantas coordinando múltiples controladores programables.

• Aplicaciones crecientes en el área de modernización de plantas.

• Microprocesadores cada vez mas rápidos pasando por versiones de 8 bits, 16 bits y 32 bits.

• Apoyo cada vez más perfeccionado al operador, a producción y a mantenimiento, en su integración en el manejo de la planta (consolas, control avanzado, módulos históricos).

• Perfeccionamiento en las vías de comunicaciones utilizando cables coaxiales y fibras ópticas, así como nuevos protocolos de comunicaciones.

Se emplean también controladores programables que realizan fundamentalmente funciones de secuencia y enclavamiento de circuitos sustituyendo así a los clásicos circuitos de enclavamiento a relés en los paneles de control. Los controladores programables son microordenadores que admiten programas de secuencia de funciones todo-nada de acuerdo con las necesidades de la instalación y que asimismo, como complemento, pueden realizar funciones de control PID.

Los controladores digitales universales basados en microprocesador sustituyen a los clásicos controladores miniatura de panel. Cada microprocesador contiene una unidad central, un reloj, memorias, módulos de entrada/salida, convertidores A/D, temporizadores y una fuente de alimentación, incluyendo físicamente estos elementos en una única tarjeta de circuito impreso. El microprocesador se comporta como un controlador PID con los algoritmos adecuados, acepta puntos de consigna remotos, tiene varios niveles de seguridad de protección de datos, acepta entradas universales (termopares, sondas de resistencia, mA, mV y voltios) y transmite la necesaria información del proceso con varias opciones de comunicaciones (RS 422/RS 485).

Una variante de estos instrumentos emplea un bloque controlador PID que incorpora un algoritmo de autoajuste de las acciones (control adaptativo). Este excita el proceso y la respuesta temporal obtenida es convertida a frecuencial gracias a una integral transformada de Fourier. La respuesta es analizada e introducidos los valores adecuados de las acciones PID, los que son actualizados periódicamente. El instrumento es adecuado para los procesos de control difícil y cuyas características cambian con el tiempo y las condiciones de operación.

En 1983 aparece el transmisor digital inteligente con señal de salida analógica de 4-20 mA c.c. y se inicia el desarrollo de las comunicaciones (field bus) entre los instrumentos del lazo de control. Se eliminan las incómodas y caras calibraciones necesarias en los instrumentos convencionales y se facilita el cambio del campo de medida y el autodiagnóstico. En 1986 aparece el primer transmisor enteramente digital con lo que aumentan todavía más las prestaciones, con la única limitación importante en la normalización de las comunicaciones donde todavía no es posible el intercambio de instrumentos de diferentes marcas.

Cabe también señalar que se están aplicando técnicas de análisis en la interfase hombre-máquina en la seguridad y fiabilidad de operación de sistemas complejos. Estas técnicas se iniciaron en el campo de las centrales nucleares, en aviación y en sistemas informáticos. Estos estudios, cuyo objeto es analizar los incidentes y los accidentes ocurridos (por ejemplo, la catástrofe de Chernobil en Rusia) y poner los medios oportunos para que los errores humanos y técnicos que los han causado no vuelvan a presentarse, han iniciado sus aplicaciones en las plantas de proceso.

Las técnicas que utilizan son en general:

– Cadenas de Markov, que definen un proceso aleatorio en un cierto número de estados finitos probables.

– Análisis de fallos en Arbol (fault-tree analysis) que ante un suceso (fallo de un equipo o error humano) proporciona la secuencia cronológica de accidentes que pueden tener lugar.

– Simulación de Monte-Carlo, que permite la estimación del tiempo de fallo de un sistema a partir de las funciones de densidad de probabilidad de sus componentes individuales.

– Técnica Dylam, que modeliza los componentes del sistema, define los algoritmos de control, establece los sucesos de partida (por ejemplo, búsqueda de sucesos que puedan provocar temperaturas elevadas en el proceso) y genera y analiza los sucesos.

– Redes de Petri. Es un método gráfico que describe el flujo de actividades en sistemas complejos.

– Modificación de la fiabilidad humana (razonamiento ante incertidumbre, error humano ante tiempos límite de reacción y factores humanos).

• Fiabilidad del software.

Los resultados de estos análisis permiten hacer mínimos los errores humanos en el diseño, la construcción y la operación de la planta. En este último caso, pueden diseñarse modelos hombre-máquina que permiten estudiar los diferentes comportamientos del operador ante situaciones difíciles, en las que tras reconocer la situación, gracias a la información presentada en las pantallas de la sala de control ayudado o no por sistemas expertos, actúa sobre el proceso, y espera que su acción vuelva el proceso a la normalidad. Los fallos que pueda cometer el operador, uno de los cuales es el de fijación, en el que ejecuta la acción errónea una y otra vez sin considerar la evidencia de las señales de alarma del proceso, dan lugar en gran parte de las plantas de proceso a un perjuicio económico (se pierden materias primas o en transformación), y en partes determinadas de la planta pueden representar un peligro de explosión o de liberación de gases o de materias peligrosas, por lo que estas consecuencias harán que dichas técnicas se apliquen con profusión para optimizar la interfase hombre-máquina (u hombre- sala de control) y prevenir dichos fallos humanos.

En el futuro, puede afirmarse que la tecnología digital evolucionara todavía más integrando totalmente la información de la planta con un flujo de información continuo entre las diversas áreas de la planta (fabricación, mantenimiento, laboratorio y gestión). La aplicación de los instrumentos neumáticos y electrónicos analógicos quedara limitada a pequeñas plantas, ya que, frente a la instrumentación digital, tienen una peor relación costo/prestaciones, no permiten el almacenamiento de volúmenes masivos de información y no disponen de la facilidad de comunicación entre instrumentos que posee la digital.

Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable.

El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirse como aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto.

El sistema de control exige pues, para que esta comparación y subsiguiente corrección sean posibles, que se incluya una unidad de medida, una unidad de control, un elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de unidades forma un bucle o lazo que recibe el nombre de bucle de control. El bucle puede ser abierto o bien cerrado.

1.2 Simbología ISA y SAMA

Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas que a veces varían de industria en industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalización en este campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en este sentido, y entre ellas se encuentra como una de las importantes la Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos, ISA (Instrument Society of America) cuyas normas tienen por objeto establecer sistemas de designación (código y símbolos) de aplicación a las industrias químicas, petroquímicas, aire acondicionado, etc.

Resumen Norma ISA-S5.1

Generalidades

A) Cada instrumento debe identificarse con sistema de letras que lo clasifique funcionalmente.

B) El número de letras funcionales para un instrumento debe ser mínimo, no excediendo de cuatro. Para ello conviene:

1.- Disponer las letras en subgrupos. Por ejemplo, un transmisor registrador de relación de caudales con un interruptor de alarma de relación de caudales puede identificarse con dos círculos uno con FFRT-3 y el otro FFS-3.

2.- En un instrumento que indica y registra la misma variable medida puede omitirse la letra I (indicación).

3.- Los bucles de instrumentos de un proyecto o secciones de un proyecto deben identificarse con una secuencia única de números. Esta puede empezar con el número 1 o cualquier otro número conveniente, tal como 301 o 1201 que puede incorporar información codificada tal como área de planta.

4.- Si un bucle dado tiene más de un instrumento con la misma identificación funcional, es preferible añadir un sufijo, ejemplo FV-2A, FV-2B, FV-2C, etc., o TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3, etc. Estos sufijos pueden añadirse obedeciendo a las siguientes reglas:

a) Deben emplearse letras mayúsculas, A, B, C, etc.

b) En un instrumento tal como un registrador de temperatura multipunto que imprime números para identificación de los puntos, los elementos primarios pueden numerarse TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3, etc.

c) Las subdivisiones interiores de un bucle pueden designarse por sufijos formados por letras y números.

d) Un instrumento que realiza dos o más funciones puede designarse por todas sus funciones. Por ejemplo, un registrador de caudal FR-2 con pluma de presión PR-4 se designa preferentemente FR-2/PR-4 o bien UR-7; un registrador de presión de dos plumas como PR-7/8; y una ventanilla de alarma para temperatura alta y baja como TAH/L-9.

e) Los accesorios para instrumentos tales como rotámetros de purga, filtros manorreductores y potes de sellos que no están representados explícitamente en un diagrama de flujo, pero que necesitan una identificación para otros usos deben tenerla de acuerdo con su función y deben emplear el mismo número del bucle que el del instrumento asociado. Alternativamente, los accesorios pueden emplear el mismo número de identificaci6n que el de sus instrumentos asociados, pero con palabras aclaratorias si ello es necesario.

Por consiguiente, una brida para una placa-orificio FE-7 debe designarse como FX-7 o bien como FE-7 brida. Un rotámetro regulador de purga asociado con un manómetro PI-8 debe identificarse como FICV-8, pero puede también marcarse PI-8 purga. Una sonda empleada con un termómetro TI-9 será TW-9, o bien, TI-9 sonda.

(1) Para cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplearse repetidamente en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras pueden tener un significado como primera letra y otro, como letra sucesiva. Por ejemplo, la letra N puede representar como primera letra el módulo de elasticidad y como sucesiva un osciloscopio.

(2) La letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no indicadas que se utilicen sólo una vez o un número limitado de veces. Se recomienda que su significado figure en el exterior del circulo de identificación del instrumento. Ejemplo: XR-3 registrador de vibración.

(3) Cualquier letra primera si se utiliza con las letras de modificación D (diferencial), F (relación) o Q (integración) o cualquier combinación de las mismas cambia su significado para representar una nueva variable medida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.

(4) La letra A para análisis, abarca todos los análisis no indicados en la tabla 1.1, que no están cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de análisis al lado del símbolo en el diagrama de proceso.

(5) El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinación de primeras letras, es opcional.

(6) El empleo de los términos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o intermedio y exploración, es preferible pero opcional.

(7) El término seguridad, debe aplicarse sólo a elementos primarios y a elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas para el equipo o el personal). Por esto motiva, una válvula autorreguladora de presión que regula la presión de salida de un sistema, mediante el alivio o escape de fluido al exterior, debe ser PCV, pero si esta misma válvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa PSV.

La designación PSV se aplica a todas las válvulas proyectadas para proteger contra condiciones do emergencia de presión sin tener en cuenta si las características de la válvula y la forma de trabajo la colocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula de alivio, o válvula de seguridad de alivio.

(8) La letra de función pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que proporcionan una visión directa no calibrada del proceso.

(9) La letra indicación se refiere a la lectura de una medida real de proceso. No se aplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicación de ésta.

(10) Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por una primera letra seguida de la letra sucesiva L. Por ejemplo, una luz piloto que indica un período de tiempo terminado se designará KL. Sin embargo, si se desea identificar una luz piloto fuera del bucle de control, la luz piloto puede designarse en la misma forma a bien alternativamente por una letra única L. Por ejemplo, una luz piloto de marcha de un motor eléctrico puede identificarse EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la tensión, o bien XL, suponiendo que la luz es excitada por los contactos eléctricos auxiliares del arrancador del motor, o bien simplemente L. La actuación de la luz piloto puede ser acompañada por una señal audible.

(11) El empleo de la letra U como multifunción en lugar de una combinación de otras letras, es opcional.

(12) Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se definirán en el exterior del símbolo del instrumento cuando sea conveniente hacerlo así.

(13) Los términos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la señal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal de un transmisor de nivel de acción inversa debe designarse LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la señal cae a un valor bajo.

(14) Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas, o a otros dispositivos de cierre- apertura, se definen como sigue:

Alto: indica que la válvula está, o se aproxima a la posición de apertura completa.

Baio: denota que se acerca o está en la posici6n completamente cerrada.

Figuran a continuación los símbolos a emplear en los planos y dibujos de representación de instrumentos en los procesos industriales.

Se sugieren las siguientes abreviaturas pare representar el tipo de alimentación (o bien de purga de fluidos)

AB Alimentación de aire

ES Alimentación eléctrica

GS Alimentación de gas

HS Alimentación hidráulica

NS Alimentación de nitrógeno

SS Alimentación de vapor

WS Alimentación de agua

Elementos Primarios

Elementos Primarios

Sistemas Varios

Resumen Norma ISA-S5.3

El objeto de esta norma es documentar los instrumentos formados por ordenadores, controladores programables, miniordenadores y sistemas a microprocesador que disponen de control compartido, visualización compartida y otras características de interfase. Los símbolos representan la interfase con los equipos anteriores de la instrumentación de campo, de la instrumentación de la sala de control y de otros tipos de hardware.

El tamaño de los símbolos debe ser conforme a la norma ISA-S5.1, a la que complementa.

Símbolos de visualización del control distribuido/compartido

Símbolos del ordenador

A utilizar cuando los sistemas incluyen componentes identificados como ordenadores, diferentes de un procesador integral que excita las varias funciones de un sistema de control distribuido. El componente ordenador puede ser integrado en el sistema, vía la red de datos, o puede ser un ordenador aislado.

4. Normalmente accesible al operador-indicador/controlador/registrador o punto de alarma. Utilizado usualmente para indicar la pantalla de vídeo.

5.- Normalmente no accesible al operador.

(1) Interfase entrada/salida.

. (2)Cálculo /acondicionamiento de señal dentro de un ordenador

(3)Puede usarse como un controlador ciego o como módulo de cálculo de software

Símbolos de control 1ógico y secuencial

6.- Símbolo general. Para complejos no definidos interconectando control lógico o secuencial.

7. Control distribuido interconectando controladores 1ógicos con funciones 1ógicas binarias o secuenciales.

(1) Paquete de controlador 1ógico programable o controladores 1ógicos digitales integrados con el equipo de control distribuido.

(2) No accesible normalmente al operador.

8. Control distribuido interconectando un controlador 1ógico con funciones 1ógicas binarias o secuenciales.

(1) Paquete de controlador 1ógico programable o controladores 1ógicos digitales integrados con el equipo de control distribuido.

C(2) Accesible normalmente al operador.

Símbolos de funciones internas del sistema

9.-Cálculo/acondicionamiento de señal.

(1) Para identificaci6n de bloques consulte ISA-S5.1 tabla 2

"designaciones de funciones para relés".

(2) Para requerimientos de calculo amplios, use la designaci6n . Escriba aclaraciones en documentación suplementaria.

(3) Utilizado en combinación con válvulas de alivio según ISA-S5.1.

Símbolos comunes

10.-Red del sistema.

(1) Usado para indicar una red de software, o conexiones entre funciones suministradas en el sistema del fabricante.

(2) Alternativamente, la red puede ser mostrada implícitamente por símbolos contiguos.

(3) Puede utilizarse para indicar una red de comunicaciones a opción del usuario.

Registradores y otros sistemas de retención de datos históricos

Los registradores convencionales, tales como los de gráfico de banda se mostrarán de acuerdo con ISA-S51

En los registradores asignables utilice el símbolo 1.

El almacenamiento en masa de largo plazo de una variable de proceso mediante memorias digitales como cinta, disco, etc., debe representarse de acuerdo con los símbolos de visualización de control distribuido/compartido o símbolos de ordenador de esta norma, dependiendo de la localización del aparato.

Identificación

Los códigos de identificación de esta norma deben cumplir con ISA-S5.1 con las siguientes adiciones.

Alarmas de software

Las alarmas de software pueden ser identificadas situando letras de designación de la tabla 1.1 de ISA-S5.1 en las líneas de señal de entrada o de salida de los controladores, o de otro componente específico integral del sistema. Ver Alarmas que aparecen posteriormente.

Contigüidad de los símbolos

Pueden unirse dos o más símbolos para expresar los significados siguientes, además de los mostrados en ISA-S5.1:

1. Comunicación entre los instrumentos asociados, por ejemplo, hilos de conexión, redes internas del sistema, reserva.

2. Instrumentos integrados con funciones múltiples, por ejemplo, registrador multipunto, válvula de control con controlador incorporado.

La aplicación de símbolos contiguos es una opción del usuario. Si su aplicación no es absolutamente clara, los símbolos contiguos no deben utilizarse.

Ejemplo de control de combustión

Alarmas

Definiciones en control

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados:

Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.

La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación industrial empleen el mismo, lenguaje. Las definiciones de los términos empleados se relacionan con las sugerencias hechas por la SAMA (Scientific Apparatus Makers Association) en su norma PMC 20-2-1970 y son las siguientes:

Campo de medida (range)

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión de los instrumentos; viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Por ejemplo: el campo de medida de algunos instrumentos de temperatura es de 100-3000 oC.

Alcance (span)

Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.

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