LO ULTIMO

 

DATOS DE PLACA DE UN MOTOR

La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente almotor. La figura  muestra dos placas típicas de motores.

 

Utilizando los datos correspondientes a 60 Hz de la primera placa mostrada,indicaremos los parámetros siguientes:

 

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

•  Tipo de motor          3  ∼ (Trifásico)

•  Potencia               0,14 kW

•  Voltaje nominal        440 V

•  Tipo de conexión       Estrella o Y

•  Corriente nominal      0,34 A

•  Frecuencia nominal     60 Hz

•  Factor de potencia     (cosφ)0,81

 

PARÁMETROS MECÁNICOS O CONSTRUCTIVOS

•  Velocidad nominal      3 310 / min

•  Factor de servicio     (SF) 1,15

•  Tipo de aislamiento   (Th.Cl.) F

•  Tamaño del marco     IEC56

•  Grado de protección   IP54

•  Tipo costructivo        IM B3ç

 

 

Placa característica de motor de inducción

 

Placa característica de motor de inducción

 

 

TEORÍA DE MOTORES


FÓRMULAS ELÉCTRICAS


Ley de Ohm

V = I x R                                (1)

V Voltaje o diferencia de potencial en voltios (V)

I Intensidad de corriente en amperios (A)

R Resistencia en ohmios ( Ω )

 

Potencia en circuitos trifásicos


 

P          Potencia activa en vatios (W)

VL         Voltaje de línea en voltios (V)

IL         Corriente de línea en amperios (A)

cosφ       Factor de potencia

 

Para los motores VL se refiere a la tensión en bornes del motor e IL a lacorriente consumida en un instante determinado.
Ejemplo1: Se realizan las lecturas de voltaje, corriente y factor depotencia para un motor en operación obteniéndose las siguientes lecturas:
Voltaje 440 V
Corriente 115 A
cosφ 0,84
Reemplazando en la fórmula (2) tenemos:
Ejemplo2: Veamos qué sucede si reemplazamos los datos de un motorque tiene los siguientes datos de placa:
Potencia   8,6 kW
Voltaje    460 V
Corriente  14,7 A
cosφ       0,83
… ¿qué pasó?   Según la placa, la potencia debería ser 8,6 kW

Ocurre que cuando empleamos los datos de placa o nominales de unmotor debemos incluir un factor mas llamado eficiencia . La eficiencia,por decirlo de una manera simple, es una medida de la capacidad que tiene el motor para convertir toda la energía eléctrica que lesuministran en energía mecánica. La conversión completa no es posibleya que existen pérdidas en el proceso.
La eficiencia depende de muchos factores como, por ejemplo, lacalidad de los materiales empleados en la fabricación del motor, eldiseño del motor, las condiciones ambientales, el tiempo de uso del motor, entre otros.
Para introducir la eficiencia debemos modificar ligeramente la fórmula (2) de la siguiente manera:
Donde:
η : Eficiencia
En la mayoría de los casos que se presentan para el dimensionamientoo selección de los sistemas de cont rol para los motores, los datos que disponemos son el voltaje de alimentación y la potencia del motor.
Con estos datos… ¿Cómo calculo  la corriente para dimensionarlos equipos de maniobra y protección?

Primero obtengamos la fórmula para la corriente despejando en la expresión (2a) y que la potencia está expresada en kW o HP, que son los casos mas usuales.
Los datos desconocidos son el fact or de potencia y la eficiencia.Típicamente podemos considerar los siguientes valores:
Factor de potencia: Valores típicos a considerar varían desde 0,8 hastaincluso 0,93 a plena carga. Un valor recomendable para cálculos es 0,85.
Eficiencia: aquí el valor a considerar dependerá principalmente del tipoy tamaño de motor. La tabla 1.4 mues tra la variación de la eficiencia para diversos tipos de motor del ti po jaula de ardilla de 4 polos (más
usados).
Eficiencias típicas para motor del tipo jaula de ardilla de 4 polos
De la tabla podemos ver que:
Ejemplo3: Calculemos la corriente de un motor de induccióntrifásico nuevo de 120 HP que trabajará a 220 V.
Reemplazando los valores en la fórmula (3a) asumiendo un factor depotencia de 0,85 y una eficiencia de 95% tenemos:
Con esta corriente ya podemos diseñar nuestros dispositivos de protección y accionamientos.
Ejemplo4: Nos encontramos en una mina a 4 000 msnm y nos han encargado la instalación de un motor de inducción trifásico para un ventilador con las siguientes datos de placa:
Voltaje:                     440 V
Potencia:                  500 kW
Factor de potencia:    0,88
Eficiencia:                 96,8%
Lamentablemente el dato de corriente en la placa es ilegible.
Aparentemente el problemase reduce a reemplazar losdatos en la fórmula (3); sinembargo, estamos olvidan-do un factor muy importante.
¿Tienen las personas elmismo desempeño físico anivel del mar que a 4 200 msnm?.La respuesta es obvia, no.De igual manera un motor anivel del mar se comportará de una manera diferente que en altura.
Será necesario introducir un factor de corrección a la potencia parapoder tener la verdadera corriente nominal en estas condiciones. La tabla muestra los diferentes factores a aplicar para diferentes alturas y para diferentes temperaturas del medio refrigerante.
Factores de correcció n para montaje de motores en
alturas superiores a los 1 000 msnm
La fórmula (3) modificada para nuestro caso será:
Donde K H es el factor de corrección por altura y que para nuestro caso es 0,77.
Reemplazando en la fórmula los datos tenemos:
Ahora sí, ésta es la corriente que consumirá el motor; sin embargo,como veremos más adelante. Los elementos de maniobra y protecciónse ven afectados por un factor para que puedan trabajar en la altura.
De la tabla  también podemos ver que la temperatura ambiente influye en el valor nominal de la potencia, ya que en la mayoría de los casos el refrigerante es el aire.
Podemos decir entonces que la fórmula completa es:
donde:
KT  es el factor de corrección por temperatura.
… mucho cuidado
En la tabla el factor que aparece ya es el producto de KH KT

 

 

MOTORES DE INDUCCIÓN

DEFINICIÓN

 

Motores trifásicos de inducción de alta tensión Cortesía de WEG S.A.

 

...Parece complicado!!!….  Estudiémoslo con calma

 

 

Primero, una máquina eléctrica es un dispositivo o equipo dónde se lleva acabo la conversión electromecánica de energía: los generadores convierten la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que los  motores convierten la energía eléctrica que se les entrega en energía mecánica, para accionar otras máquinas o dispositivos.

Motores de inducción en la industria
La parte fija de un motor recibe el nombre de  estator,  que consiste en una seriede bobinas arrolladas y conectadas entre sí, dejando puntos de conexión hacia elexterior para la conexión de la energía eléctrica de entrada.
Por otro lado, la parte móvil de la máquina, el  rotor , gira en el campo magnéticocreado por la corriente que circula por el estator induciéndose corriente, como enun transformador.
La Fig.  muestra las dos partes princi pales de un motor, estator y rotor, asícomo sus accesorios.
Partes de un motor de inducción Cortesía SIEMENS AG
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Nuestro estudio se orientará al control de los motores eléctricos de induccióntrifásicos de baja tensión, del tipo jaula de ardilla, ya que la mayoría de lasaplicaciones industriales  utilizan estos motores.
Motores trifásicos de  inducción de baja tensión Cortesía de Leroy Somer

 

 

 

En los DCS de hoy en día podemos encontrar diferentes topologías (arreglos de switches y sus conexiones), y de esta manera proveer mayor confiabilidad, seguridad y robustez en la red de control.

 

De manera general podemos encontrar las siguientes topologías:

- Lineal

- Anillo

- Estrella

- Árbol Invertido

- Árbol Invertido Modificado

 

Cada una tiene sus propias características y ventajas, y se serán elegidas por los requerimientos o necesidades de las instalaciones o planta, axial mismo el costo de implementación.

 

Topología Lineal:

La configuración lineal es ideal para redes pequeñas (dos switches) como podemos ver en la figura siguiente. En este ejemplo si un componente en la red falla, esto no afectará la operación debido a que se tiene un switch redundante.

En esta configuración, también se pueden usar también switches con chasis de cientos de puertos para un sistema de control amplio.

 

Topología Anillo

Esta topología es recomendada para switches entre tres y siete switches (esto depende del fabricante del DCS y las especificaciones de los switches). Como podemos ver en la siguiente figura, cada switch tiene dos conexiones adyacentes a switches. En el caso de que falle un switch, el anillo se rompe y la red asume características de una topología lineal.

 

En la imagen siguiente, podemos ver una red de control compuesta por seis switches administrables en configuración anillo.

 

Topología Estrella

 

La configuración estrella es la topología adecuada para redes medianas y grandes, además de ser la mas usada. En una configuración estrella, cada switch EDGE que esta en la periferia de la red (es decir se conecta a un dispositivo Terminal) tiene conexiones a cada uno de los dos switches ROOT o principales. Los switches ROOT son conectados uno del otro y a cada switch EDGE.

 

Las rutas redundantes de información permiten a la red continuar operando si algún componente o cable de la red falla.

 

La figura abajo muestra una red estrella con diez switches periféricos o EDGE y dos switches principales o EDGE. Dependiendo de las especificaciones del fabricante del DCS y de los switches el número de switches EDGE es limitado (promedio de 190 switches EDGE).

 

Topología Árbol Invertido & Árbol Invertido Modificado

 

La configuración árbol invertido es adecuada para redes muy grandes con restricciones físicas específicas. En esta configuración los switches con dispuestos en “gradas” o “niveles” o “tiers”, con los switches principales o ROOT en el nivel más alto y hasta 3 niveles debajo de ellos (depende de las especificaciones del fabricante). Los switches principales tienes conexiones redundantes entre ellos, y los otros switches tienen cada uno una conexión a dos de los switches de un nivel superior, tal como se puede observar en la siguiente figura:

 

Esta configuración, dependiendo del fabricante, puede tener una limitación de hasta 250 switches.

 

La configuración árbol invertido modificado es adecuado para redes de control seguras demasiado grandes con limitaciones físicas especificas, permitiendo además incluir switches Standard (EDGE), aun que esto depende de las especificaciones técnicas del fabricante y los switches.

 

Por ultimo y en general, se recomienda leer las especificaciones del fabricante para saber a exactitud que configuración o topologia es soportada, y cuantos switches son permitidos para cada configuración. Esto dependerá del tipo de switches a usar, el fabricante del mismo, y mas importante aun de las pruebas técnicas del fabricante y la validación de las mismas.
Tienes algo que comentar?? o discutir?? vamos ahora es el momento.

 

UNIDADES BÁSICAS Y DERIVADAS (SI)

 

En el sistema SI han sido definidas siete unidades básicas, las cuales aparecen en la tabla a continuación.

 

Unidades básicas del SI

 

Todas las otras unidades se derivan de éstas y pueden o no tener un nombre especial.

La mayoría de las unidades y cantidades utilizadas en ingeniería eléctrica, salvo lacorriente eléctrica (A) que es una unidad  básica, pertenecen a esta categoría de unidades derivadas SI.

 

 

Algunas unidades derivadas usadas en ingeniería eléctrica

 

PREFIJOS DECIMALES (SI)

 

A todas las unidades SI se les puede agregar un prefijo que multiplica la cantidadindicada por una potencia de 10.

 

Prefijos SI más utilizados

 

¿...y cómo utilizo el SI para el control de motores?

 

Hay dos aspectos importantes para los cuales el sistema SI nos sirve dereferencia o ayuda:

 

1.   Nos permite utilizar un lenguaje uniforme cuando nos referimos a laspropiedades eléctricas de los motores o de los circuitos de mando de éstos.Es así que podemos consultar manuales  de diferentes fabricantes, sin necesidad de aprender una nomenclatura o lenguaje en particular.Aquí aparece un tema asociado que es la conversión de unidades de otros sistemas al sistema SI.El caso típico en control de motores es la conversión de unidades de potencia, cuya unidad SI es el vatio (W); sin embargo, una unidad muyutilizada y arraigada en nuestro medio es el HP (caballo de fuerza, del inglé shorse power).Para resolver nuestro problema tenemos que recurrir a la conversión, queconsiste en multiplicar la magnitud del otro sistema por un factor para obtener la unidad SI correspondiente:

 

 

…todavía no hemos terminado… aún hay más!!!

¿Es común expresar la potencia de los motores en vatios?

Aquí es dónde aparece la otra ventaja del sistema SI


2.   Simplifica la forma de presentar los datos representativos de un equipoeléctrico o su sistema de control, de modo que puedan ser expresados demanera reducida y más fácil de entender.


Ejemplo: Los temporizadores utilizados en los arranques a tensiónreducida de los motores de inducción manejan un parámetro llamado pausa deconmutación que usualmente es de 0,050 s.
¿No sería más práctico y fácil de recordar 50 ms en lugar de 0,050 s?
Ahora sí… Ya hemos comprobado lo útil que es utilizar el sistema SI

 

 

Antes de seleccionar o diseñar un sistema de control de motores, es importante conocer los principios en los que se basa su funcionamiento. Bajo esta premisa, en esta primera parte del curso, expondremos de manera clara y  sencilla los conceptos y herramientas básicas para describir el funcionamiento de un motor eléctrico de inducción.

 

Asimismo, consideramos importante la necesidad de expresarnos correctamente cuando estamos involucrados en tareas técnicas  y de ingeniería; por esta razón hemos considerado importante mencionar al Sistema Internacional de Unidades (SI) y de la ayuda que nos da para brindar información técnica adecuada y entendible por todas las personas.

 

SISTEMA DE UNIDADES

 

La observación de un fenómeno, como la evaluación del arranque de un motor de un molino de bolas en una mina, es incompleta, a menos que incluyamos información cuantitativa o cantidades.

 

Esta información se obtiene midiendo alguna propiedad física, química o mecánica; para nuestro ejemplo del molino, la duración del arranque (tiempo) y la corriente consumida durante el arranque serán variables bastante representativas.

 

Al parecer todo es muy sencillo… veamos la siguiente situación

Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de baldosas, tal como se ve en la figura.

 

…tomando una baldosa como unidad, y contando el número de baldosas medimos la superficie de la habitación, 36 baldosas.

 

En la figura inferior, la medida de la misma superficie da una cantidad diferente de 9 baldosas.

 

Vemos como la medida de una misma unidad física (superficie o área) nos da dos cantidades distintas debido a que han usado dos unidades diferentes.

 

Este simple ejemplo, nos muestra la necesidad de establecer una única medida para una magnitud dada, de modo que todos universalmente la podamos comprender. Felizmente para nosotros, existe el Sistema Internacional de Unidades (SI) de medida, obligatorio en Perú y vigente en la mayoría de países del mundo.

 

En el proximo articulo veremos las Unidades del Sistema Internacional.

 

 

Una red de alta velocidad o red de control en un DCS, consta de todos los medios necesarios para propagar la información desde/a los procesadores hasta/desde cada una las estaciones y servidores involucrados. Estos medios pueden ser switches administrables, cables ethernet de cobre, cable de fibra óptica tanto multimodo como monomodo, media converters, conectores, fuentes redundantes, divisores de señales (splitters), tarjetas de red de cobre o de fibra óptica, etc. Las redes de control de hoy en día están basadas en el estándares Ethernet IEEE 802.3u (Fast Ethernet) y IEEE 802.3z (gigabit Ethernet)

 

En algunos DCS, la red de control se divide en dos: una red para la comunicación exclusiva entre módulos I/O y procesadores de control a través de medios como fibra óptica, y otra para la comunicación entre procesadores de control y estaciones de operación/servidores. Esto depende de las necesidades del usuario final.

 

A continuación vemos una red de control simple con dos estaciones de operación, dos procesadores de diferente tipo y módulos de entrada/salida (a través de módulos de comunicación) todo esto conectado a la red de control mediante enlaces redundantes ya sea de fibra óptica o cobre. Podemos apreciar que aun cuando un enlace de algún equipo periférico (Workstation, procesador, módulos de comunicación, etc.) se interrumpiera el otro enlace sigue activo permitiendo que el sistema siga operando con normalidad. Cada equipo se conecta a la red de control de forma redundante y cada uno de estos enlaces a diferentes switches.

 

"Mesh Control Network" del DCS Foxboro IA Series - Basica

 

A nivel de la red de control (mira los cuatro switches) la idea aquí es que entre dos equipos periféricos (por ejemplo un procesador y una estación de operación) exista la mayor cantidad de caminos o rutas posibles de manera que si por ejemplo un switch activo (es decir que esta permitiendo la comunicación) entra en falla, automáticamente uno de los caminos o rutas secundarias entre en operación y permita mantener la comunicación. Si este segundo camino o ruta se interrumpiera también (por falla de cables o equipos) un tercer camino se deberá activar, y así sucesivamente tantos caminos o rutas sea posible tener. Dependiendo de la topología que implementemos podremos tener mas caminos entre equipos periféricos, aunque evidentemente esto se tornará mas costoso.

 

Red de Control Simple - DCS DeltaV

 

La administración de estos caminos o rutas, se realizan mediante algún protocolo dentro de los switches que generalmente es el Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), y además previene loops y provee alta velocidad en la respuesta de red entre fallas de caminos.

 

En general la red de control de DCS está provista para amplia escalabilidad, es decir alta flexibilidad para crecer ante las necesidades del usuario final. En cuanto a los switches diversos fabricantes de DCS tienen convenios con las principales marcas de switches del mercado como CISCO, Enterasys, entre otras.

 

En el siguiente artículo hablaremos sobre las diversas topologías más comunes usadas hoy en día en los sistemas de control distribuidos, tales como:

 

  • Lineal
  • Anillo
  • Estrella
  • Árbol Invertido
  • Árbol Invertido Modificado

 

 

 

MEDICIÓN DE NIVEL POR EQUIPOS RADIOACTIVOS

 

Existen Procesos en lo cuales, ya no es imposible poder realizar mediciones de nivel con los elementos antes mencionado, cuando estos se encuentran a altas temperatura, alta presión, procesos corrosivos, procesos tóxicos, altamente explosivos, etc. En definitiva, no podemos insertar un instrumento para la medición de nivel.

 

La alternativa extrema que nos queda es el equipo de medición nuclear, este equipo cuenta con una fuente de Radiaciones Ionizantes, que es normalmente Cesio 137 o Cobalto 60, aunque el más ocupado es el Cesio 137, este elemento radioactivo es un material que cuenta con una vida media de 15 Años, en general. La unidad de  de la fuente de generación es Ci, Curie.

 

La forma de trabajar de este equipo está definida por Una fuente de radiaciones Ionizantes y un detector, la fuente, en el 100% de los casos, cuenta con una compuerta que bloquea la salida del HAZ de radiaciones, para protección de las personas, la cual se debe abrir por personal calificado, que cuente con las autorización otorgadas por la entidad que regula su manipulación en el país correspondiente. El detector que puede ser una cámara de gas inerte que se excita con la radiación y genera un milivoltage o un tubo de fibra óptica que concentra los disparos de radiación y son amplificados y contados por electrónica especifica que interpreta esto como un valor.

 

La mayoría de las veces los equipos nucleares se ocupan como Contactos de Nivel o Switch, quiere decir que la presencia del material a detectar el nivel solo ve un Punto , puede ser un Nivel Alto o un nivel Bajo, ON-OFF, 0-1, etc.

 

Para el caso de tener la necesidad de detectar una variación de nivel, valores análogos, medición continua, la configuración sigue siendo la misma, pero el detector y la posición del mismo son las que cambia, ya que debo permitir que la proyección del HAZ de radiación  tenga una mayor área de proyección o superficie de control, así como el detector también es de mayor tamaño para que pueda cubrir toda el área que necesito medir

 

Aquí se muestran las diferentes formas de disposición que puede tener una fuente con un detector.
Esto representa la cámara en la cual se encuentra un gas inerte que al verse bombardeado por las partículas radioactivas general un milivoltage que es proporcional a la cantidad de radiación la  que llega, esto quiere decir que se debe calibrar el sensor donde se instalara pero sin la presencia del medio a medir, que sera un 100% de radiación, la radiación faltante sera absorbida por el medio a medir.
Este equipo corresponde a un detector de tipo centelleo, donde la radiación crea trazas de luz que son leídas por la electrónica de amplificación y es interpretada como cantidad de radiación.
Fuente Nuclear para la deteccion de nivel bajo bajo (LSLL) de mineral de cobre.
Muchas gracias, cualquier duda o consulta al mail:
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Los sistemas de control distribuido incluyen, entre otros componentes, estaciones de trabajo (de operación e ingeniería), controladores, tarjetas I/O, buses I/O, una red de control de alta velocidad, tecnología de control y software (mucho software).
A continuación veamos los principales componentes de un sistema de control distribuido (en un esquema muy básico):
La instrumentación y/o dispositivos inteligentes se encargan de recolectar el valor de la variable de planta o se enviar las señales de control y tomar acción en el proceso físico. Aparte estos dispositivos pueden recolectar vas amplitud de variable adicionales como Tag, descripción, fallas, diagnósticos, estado del equipo, variables secundarios, etc. además de poder configurarlos remotamente desde una estación de mantenimiento. Esto es posible si tienen la capacidad de comunicarse mediante algún protocolo de campo como HART (mínimo), Profibus, Foundation FieldBus, DeviceNet, etc. Además cuando el diseño lo requiere en el mismo instrumento se puede implementar alguna lógica de control y mediante el bus de comunicación tomar acción sobre elementos de control final.
Para cada tipo de comunicación proveniente de los dispositivos de campo, existe una tarjeta I/O específica. El cableado de las señales (bus o punto a punto) en primera instancia se conectoriza a una tarjeta acondicionadora de señales (Terminal Assemblys) para que luego estas señales ya acondicionadas ingresen a los procesadores de digitalización de las señales comúnmente llamados FBMs (Field Bus Module). En la figura siguiente se muestra un Terminal Assembly y una FBM del DCS I/A Series de Invensys Foxboro.
Los controladores recogen las señales de dispositivos análogos, digitales o mediantes de buses de campo. Generalmente todas las señales I/O (proveniente de buses de campo o punto a punto) convergen en una red Ethernet (por fibra óptica o cobre) o en un bus de alta velocidad (como el HDLC – High Level Data Link Control protocol) para hacer llegar/enviar las señales de campo hasta/desde el controlador. Es allí donde se ejecuta la lógica de control recepcionando y enviando señales de/hacia campo, ejecutando control tipo continuo, batch, secuencial, ladder, etc.
La red de control (de alta velocidad) contiene los datos de los instrumentos y del controlador y hace que estén disponibles para las estaciones o servidores dentro de la red de un DCS como estaciones de operación, estaciones de ingeniería, base de datos de control, historizadores, sistemas de alarmas, generadores de reportes, etc. En estos nodos (estaciones) se ejecutan una variedad de aplicaciones de software que permiten al operador o ingeniero de control realizar las tareas de operación/mantenimiento. El sistema podría también soportar la simulación del proceso para fines de entrenamiento de personal o pruebas de software de control avanzado, y al mismo tiempo continuar actualizando la base de datos de configuración principal.
Generalmente los DCS son vendidos como un solo y único paquete. Los fabricantes no venden porciones del sistema, esto porque en un DCS todas las partes funcionan juntas como un SOLO SISTEMA, estas deben ser completamente integradas y probadas como un sistema. Dado que los componentes

Los sistemas de control distribuido incluyen, entre otros componentes, estaciones de trabajo (de operación e ingeniería), controladores, tarjetas I/O, buses I/O, una red de control de alta velocidad, tecnología de control y software (mucho software).

 

A continuación veamos los principales componentes de un sistema de control distribuido (en un esquema muy básico):

 

 

La instrumentación y/o dispositivos inteligentes se encargan de recolectar el valor de la variable de planta o se enviar las señales de control y tomar acción en el proceso físico. Aparte estos dispositivos pueden recolectar vas amplitud de variable adicionales como Tag, descripción, fallas, diagnósticos, estado del equipo, variables secundarios, etc. además de poder configurarlos remotamente desde una estación de mantenimiento. Esto es posible si tienen la capacidad de comunicarse mediante algún protocolo de campo como HART (mínimo), Profibus, Foundation FieldBus, DeviceNet, etc. Además cuando el diseño lo requiere en el mismo instrumento se puede implementar alguna lógica de control y mediante el bus de comunicación tomar acción sobre elementos de control final.

 

Para cada tipo de comunicación proveniente de los dispositivos de campo, existe una tarjeta I/O específica. El cableado de las señales (bus o punto a punto) en primera instancia se conectoriza a una tarjeta acondicionadora de señales (Terminal Assemblys) para que luego estas señales ya acondicionadas ingresen a los procesadores de digitalización de las señales comúnmente llamados FBMs (Field Bus Module). En la figura siguiente se muestra un Terminal Assembly y una FBM del DCS I/A Series de Invensys Foxboro.

 

 

 

Los controladores recogen las señales de dispositivos análogos, digitales o mediantes de buses de campo. Generalmente todas las señales I/O (proveniente de buses de campo o punto a punto) convergen en una red Ethernet (por fibra óptica o cobre) o en un bus de alta velocidad (como el HDLC – High Level Data Link Control protocol) para hacer llegar/enviar las señales de campo hasta/desde el controlador. Es allí donde se ejecuta la lógica de control recepcionando y enviando señales de/hacia campo, ejecutando control tipo continuo, batch, secuencial, ladder, etc. En la figura siguiente se muestran dos tipos de controladores del DCS IA Series de Invensys Foxboro:

 

 

 

La red de control (de alta velocidad) contiene los datos de los instrumentos y del controlador y hace que estén disponibles para las estaciones o servidores dentro de la red de un DCS como estaciones de operación, estaciones de ingeniería, base de datos de control, historizadores, sistemas de alarmas, generadores de reportes, etc. En estos nodos (estaciones) se ejecutan una variedad de aplicaciones de software que permiten al operador o ingeniero de control realizar las tareas de operación/mantenimiento. El sistema podría también soportar la simulación del proceso para fines de entrenamiento de personal o pruebas de software de control avanzado, y al mismo tiempo continuar actualizando la base de datos de configuración principal.

 

 

Generalmente los DCS son vendidos como un solo y único paquete. Los fabricantes no venden porciones del sistema, esto porque en un DCS todas las partes funcionan juntas como un SOLO SISTEMA, estas deben ser completamente integradas y probadas como un sistema.

 

En el proximo articulo veremos un poco mas a fondo que hay detrás de la red de control, sus especificaciones generales y topologías.

 

Ahora quiero que me dejes tu comentario!!! vamos animate!!!

 

Con la aparición de los DCSs, se solucionó gran parte de los problemas que tenían sus antecesores (los DDC o Direct Digital Control). Para empezar, los DCS distribuyeron mucho mejor las funciones, ahora los controladores, I/O, estaciones de operación, historizadores, sistemas de alarmas y estaciones de configuración estaban en un equipo diferente e individual. Una funcionalidad clave del sistema es la tener redundancia para la red de datos principal o datahigways, controladores, I/O, buses de campo, y en algunos casos Fault-tolerant Workstations (estaciones tolerante a fallas).
La evolución de las comunicaciones  y hardware han alterado dramáticamente la estructura de los sistemas de control. La tecnología de comunicaciones como Ethernet y TCP/UDP/IP combinado con estándares de comunicación industrial como OPC y protocoles abiertos permiten integrar aplicaciones de terceros fácilmente en los sistemas de control. Asi mismo, el diseño orientado a objetos, diseños componentes de software y herramientas de soporte para la implementación ha facilitado el desarrollo de mejores interfaces para el usuario y además la implementación de software reusable.
Los mejores fabricantes de DCSs hoy en día traen todas estas características, pueden integrar totalmente buses de campo I/O como FieldBus y ProfiBus sin ningún problema. Esto quiere decir que los nuevos controladores pueden enlazar dispositivos o ser interfaces para integrar multiples I/O basados en FieldBus, DeviceNet, AS-Interface, HART, ProfiBus y las I/O convenciones (punto a punto) en un solo sistema. En la siguiente figura podemos ver un ejemplo de esto.
Los DCSs han dominado por años el control de procesos industriales, han mejorado su performando y confiabilidad a través del tiempo. Durante los años el diseño de sistemas DCS se ha tornado cada vez más modular, debido a que cada vez se ha ido reduciendo los costos en hardware, y esto ha permitido que hoy en dia se pueda encontrar DCS hasta en plantas pequeñas.
Principales Componentes de un Sistema de Control Distribuido
En la figura siguiente podemos apreciar los principales componentes de un sistema de control distribuido (DCS).
La INTERFAZ DE OPERACIÓN típicamente es un computador personal robusto (PC) con teclados estándar, mouse y monitores LCD. Además, las consolas de operación pueden incluir arreglos de pantallas (2, 3 ó 4 pantallas) a fin de visualizar de todo el proceso y facilitar la operación de las pantallas.
Las computadoras personales además, proveen la rapidez, suficiente memoria y capacidad de disco duro para proveer una eficiente plataforma para los requerimientos de las estaciones de ingeniería que son utilizadas para la configuración del sistema y diagnóstico. Por otro lado, la relación precio-performance de las PCs han sido la causa de que los principales proveedores de DCS las utilices para integrar los softwares de los sistemas de control. Sistemas operativos como Windows XP (para clientes) y  Windows 2003 Server (para servidores) son utilizados en la actualidad, aunque ya podemos hoy en día ver que los sistemas de control industrial soportan Windows 7 y Windows 2008 Server. Los tiempos del entrañable Unix o Linux en el ámbito industrial se han relegado a través de los años, y los principales fabricantes ya no lo soportan.
El equipamiento de operación sirve para monitorear las condiciones de proceso, manipular setpoints, recibir e enviar comandos, y generalmente están localizados en una Sala de Control Principal (Central Control Room). Desde aquí el operador puedes (1) visualizar la información que es enviada por los transmisores desde las áreas de proceso y (2) cambiar las condiciones de control desde un dispositivo de entrada. Las unidades de control están distribuidas a lo largo de las áreas de proceso, realizando dos funciones en cada localización: leer o medir las variables análogas y discretas (entradas) y generar las señales de salida para actuadores para cambiar las condiciones de proceso.
Las señales de entrada y salida pueden ser análogas o discretas. Entendiéndose que las señales debe transmitirse o comunicarse desde la sala central y las localizaciones remotas donde se encuentran los controladores. La ruta de comunicación puede ser punto a punto (sala de control-controlador) o mediante un bus de datos de alta velocidad que se interconecta con todos los controladores y la sala de control principal. En algunos casos esta comunicación puede ser una conexión wireless via radio, microondas o satélite, evidentemente en los casos que se necesite realizar control mediante estos enlaces se necesitará incluir algún tipo de redundancia a fin de minimizar la caída de los enlaces.
Para finalizar esta introducción a la arquitectura de un DCS, quiero llevar estos conceptos al DCS IA Series de Invensys Foxboro (y el ECS InFusion del mismo fabricante). En la figura siguiente se muestra la arquitectura más simple pero con los componentes principales de este DCS:
En el próximo artículo detallaremos los componentes funcionales de un DCS.
Quiero saber qué piensas. Vamos quiero que comentes, ahora!!!

 

Con la aparición de los DCSs, se solucionó gran parte de los problemas que tenían sus antecesores (los DDC o Direct Digital Control). Para empezar, los DCS distribuyeron mucho mejor las funciones, ahora los controladores, I/O, estaciones de operación, historizadores, sistemas de alarmas y estaciones de configuración estaban en un equipo diferente e individual. Una funcionalidad clave del sistema es la tener redundancia para la red de datos principal o datahighways, controladores, I/O, buses de campo, y en algunos casos Fault-tolerant Workstations (estaciones tolerante a fallas).

 

La evolución de las comunicaciones  y hardware han alterado dramáticamente la estructura de los sistemas de control. La tecnología de comunicaciones como Ethernet y TCP/UDP/IP combinado con estándares de comunicación industrial como OPC y protocolos abiertos permiten integrar aplicaciones de terceros fácilmente en los sistemas de control. Asi mismo, el diseño orientado a objetos, componentes de software y herramientas de soporte para la implementación ha facilitado el desarrollo de mejores interfaces para el usuario y además la implementación de software reusable.

 

Los mejores fabricantes de DCSs hoy en día traen todas estas características, pueden integrar totalmente buses de campo I/O como FieldBus y ProfiBus sin ningún problema. Esto quiere decir que los nuevos controladores pueden enlazar dispositivos o ser interfaces para integrar multiples I/O basados en FieldBus, DeviceNet, AS-Interface, HART, ProfiBus y las I/O convenciones (punto a punto) en un solo sistema. En la siguiente figura podemos ver un ejemplo de esto.

 

Los DCSs han dominado por años el control de procesos industriales, han mejorado su performando y confiabilidad a través del tiempo. Durante los años el diseño de sistemas DCS se ha tornado cada vez más modular, debido a que cada vez se ha ido reduciendo los costos en hardware, y esto ha permitido que hoy en dia se pueda encontrar DCS hasta en plantas pequeñas.

 

Principales Componentes de un Sistema de Control Distribuido


En la figura siguiente podemos apreciar los principales componentes de un sistema de control distribuido (DCS) tipico.

La INTERFAZ DE OPERACIÓN típicamente es un computador personal robusto (PC) con teclados estándar, mouse y monitores LCD. Además, las consolas de operación pueden incluir arreglos de pantallas (2, 3 ó 4 pantallas) a fin de visualizar de todo el proceso y facilitar la operación de las pantallas.

 

Las computadoras personales además, proveen la rapidez, suficiente memoria y capacidad de disco duro para proveer una eficiente plataforma para los requerimientos de las estaciones de ingeniería que son utilizadas para la configuración del sistema y diagnóstico. Por otro lado, la relación precio-performance de las PCs han sido la causa de que los principales proveedores de DCS las utilices para integrar los softwares de los sistemas de control. Sistemas operativos como Windows XP (para clientes) y  Windows 2003 Server (para servidores) son utilizados en la actualidad, aunque ya podemos hoy en día ver que los sistemas de control industrial soportan Windows 7 y Windows 2008 Server. Los tiempos del entrañable Unix o Linux en el ámbito industrial se han relegado a través de los años, y los principales fabricantes ya no lo soportan.

 

El equipamiento de operación sirve para monitorear las condiciones de proceso, manipular setpoints, recibir e enviar comandos, y generalmente están localizados en una Sala de Control Principal (Central Control Room). Desde aquí el operador puedes (1) visualizar la información que es enviada por los transmisores desde las áreas de proceso y (2) cambiar las condiciones de control desde un dispositivo de entrada. Las unidades de control están distribuidas a lo largo de las áreas de proceso, realizando dos funciones en cada localización: leer o medir las variables análogas y discretas (entradas) y generar las señales de salida para actuadores para cambiar las condiciones de proceso.

 

Las señales de entrada y salida pueden ser análogas o discretas. Entendiéndose que las señales debe transmitirse o comunicarse desde la sala central y las localizaciones remotas donde se encuentran los controladores. La ruta de comunicación puede ser punto a punto (sala de control-controlador) o mediante un bus de datos de alta velocidad que se interconecta con todos los controladores y la sala de control principal. En algunos casos esta comunicación puede ser una conexión wireless via radio, microondas o satélite, evidentemente en los casos que se necesite realizar control mediante estos enlaces se necesitará incluir algún tipo de redundancia a fin de minimizar la caída de los enlaces.

 

Para finalizar esta introducción a la arquitectura de un DCS, quiero llevar estos conceptos al DCS IA Series de Invensys Foxboro (y el ECS InFusion del mismo fabricante). En la figura siguiente se muestra la arquitectura más simple pero con los componentes principales de este DCS:

En el próximo artículo detallaremos los componentes funcionales de un DCS.

 

Quiero saber qué piensas. Vamos quiero que comentes, ahora!!!

 

 

 

Para que podamos tener claro los conceptos y diferenciar bien que es un Sistema SCADA y sus diferencias con un DCS, vamos a hablar de las características esenciales de un Sistema SCADA y sus principales funciones.
Con un procesador único (generalmente) con tareas de administrar múltiples funciones de control, con comunicación digital entre unidades de procesamiento, son usados para la administración de "sistemas" que tienen amplia naturaleza de expansión sobre regiones geográficas. Estos sistemas son generalmente llamados como SCADA, del acrónimo Supervisory Control and Data Adquisition (Supervisión de Control y Adquisición de Datos).
Un sistema SCADA tipo consiste en múltiples dispositivos como Unidades Terminales Remotas (Remote Terminal Unit o simplemente RTU) enlazados con transmisores de proceso y elementos finales de control, implementando funciones de control básica como Start/Stop de motores y lazos de control PID. Estos dispositivos RTU se comunican digitalmente con una Unidad Terminal Maestra (Master Terminal Unit o MTU) en una ubicación central donde operadores pueden monitorear el procesos y enviar comandos.
En la siguiente fotografía se muestra un rack de un RTU que opera en una subestación eléctrica a kilómetros de la unidad centrar:
Los Controladores Lógicos Programables (PLCs) son candidatos ideales para ser usados como dispositivos RTU. Los PLCs modernos tienen todos los tipos de I/O, dispositivos de red, y algoritmos de control suficientes como para operar como unidades terminales remotas. Generalmente los software de Interface Hombre Maquina ó HMIs (Human-Machine Interfase) permiten a computadoras personales o Workstations recolectar los valores provenientes de las RTUs o PLCs convirtiendo cada computadora en una Unidad Terminal Maestra (MTU), donde los operadores pueden visualizar las variables de proceso, cambiar setpoints, y enviar cualquier otro comando para controlar el proceso.
A continuación se muestra una fotografía de un software HMI usado para monitorear un sistema SCADA para un proceso de compresores de gas natural:
Un concepto muy cercado a SCADA es TELEMETRIA, esta palabra literalmente significa "medición a distancia". El acrónimo SCADA, contiene la palabra "control", que implica "two-way" o dos maneras de comunicación (medición y control) entre la localización maestra y la localización remota. En aplicaciones donde el flujo de información es estrictamente de una vía "one-way" o simple desde la localización remota hacia la localización maestra, podemos que sería una aplicación o sistema de Telemetría.
Los sistemas de Telemetría tienen una amplia aplicación en investigaciones científicas y de medio ambiente. Por ejemplo Sismógrafos, medición de flujo de ríos y canales, estaciones meteorológicas, y otros tipos de instrumentos medición son conectados (usualmente por enlaces de radio) a algún centro de recolección de datos. Cualquier medición industrial realizada a largas distancias podrías ser clasificada como un sistema de telemetría, aunque podrías algunas veces encontrar el término "SCADA" aplicado incluso si la comunicación es simple o una sola vía.

 

Para que podamos tener claro los conceptos y diferenciar bien que es un Sistema SCADA y sus diferencias con un DCS, vamos a hablar de las características esenciales de un Sistema SCADA y sus principales funciones.

 

Con un procesador único (generalmente) con tareas de administrar múltiples funciones de control, con comunicación digital entre unidades de procesamiento, son usados para la administración de "sistemas" que tienen amplia naturaleza de expansión sobre regiones geográficas. Estos sistemas son generalmente llamados como SCADA, del acrónimo Supervisory Control and Data Adquisition (Supervisión de Control y Adquisición de Datos).

Un sistema SCADA tipo consiste en múltiples dispositivos como Unidades Terminales Remotas (Remote Terminal Unit o simplemente RTU) enlazados con transmisores de proceso y elementos finales de control, implementando funciones de control básica como Start/Stop de motores y lazos de control PID. Estos dispositivos RTU se comunican digitalmente con una Unidad Terminal Maestra (Master Terminal Unit o MTU) en una ubicación central donde operadores pueden monitorear el procesos y enviar comandos.

 

En la siguiente fotografía se muestra un rack de un RTU que opera en una subestación eléctrica a kilómetros de la unidad centrar:

 

Los Controladores Lógicos Programables (PLCs) son candidatos ideales para ser usados como dispositivos RTU. Los PLCs modernos tienen todos los tipos de I/O, dispositivos de red, y algoritmos de control suficientes como para operar como unidades terminales remotas. Generalmente los software de Interface Hombre Maquina ó HMIs (Human-Machine Interfase) permiten a computadoras personales o Workstations recolectar los valores provenientes de las RTUs o PLCs convirtiendo cada computadora en una Unidad Terminal Maestra (MTU), donde los operadores pueden visualizar las variables de proceso, cambiar setpoints, y enviar cualquier otro comando para controlar el proceso.

 

A continuación se muestra una fotografía de un software HMI usado para monitorear un sistema SCADA para un proceso de compresores de gas natural:

 

Un concepto muy cercado a SCADA es TELEMETRIA, esta palabra literalmente significa "medición a distancia". El acrónimo SCADA, contiene la palabra "control", que implica "two-way" o dos maneras de comunicación (medición y control) entre la localización maestra y la localización remota. En aplicaciones donde el flujo de información es estrictamente de una vía "one-way" o simple desde la localización remota hacia la localización maestra, podemos que sería una aplicación o sistema de Telemetría.

 

Los sistemas de Telemetría tienen una amplia aplicación en investigaciones científicas y de medio ambiente. Por ejemplo Sismógrafos, medición de flujo de ríos y canales, estaciones meteorológicas, y otros tipos de instrumentos medición son conectados (usualmente por enlaces de radio) a algún centro de recolección de datos. Cualquier medición industrial realizada a largas distancias podrías ser clasificada como un sistema de telemetría, aunque podrías algunas veces encontrar el término "SCADA" aplicado incluso si la comunicación es simple o una sola vía.

 

 

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