Los transmisores digitales digitalizan la señal análoga medida y utilizan un microprocesador. La señal analógica al ingresar al transmisor es digitalizada con un ADC. Debido al tiempo necesario para cuantificar una señal, los instrumentos digitales no realizan una medición continua, sólo se toman muestras (samples) de la señal. A continuación veremos una clasificación de los transmisores digitales.


Figura 5 Conversión Analógica / Digital

 

TRANSMISOR "INTELLIGENT"

 

Al poseer un microprocesador realiza funciones que no hacen los analógicos: linealiza, compensa en función de otra variable medida o algoritmos y otras.

 

Figura 6 Señales de Entrada y Salida de un Transmisor "Intelligent" o de un "Smart"

 

 

TRANSMISOR "SMART"

 

Su salida es analógica de 4 a 20 mA,  y se puede comunicar con un "hand-held" usando modulación en la salida.

Conexión de Transmisor "Smart"

 

TRANSMISOR DIGITAL

 

Totalmente digital, inclusive la salida. Aunque puede: tener salida analógica de 4 a 20 mA. Los instrumentos "fieldbus" (de campo) son de este tipo.

 

 

Diferencias   entre los transmisores digitales y analógicos

 

t;

• Los componentes electrónicos son diferentes: En un instrumento analógico se utilizan circuitos lineales como los OPAMP's. En los instrumentos digitales se utiliza microprocesador, convertidores ADC, y DAC si se disponen de salidas analógicas.

 

• La señal de salida analógica es generada en forma distinta. En un instrumento digital proviene de un DAC.

 

 

Ventajas de los transmisores digitales

 

• Son flexibles en sus funciones: disponen de más funciones, por la facilidad de la manipulación de números por un microprocesador. Las funciones pueden ser modificadas o ampliadas cambiando el firmware.

• La salida analógica de 4 a 20 mA es independiente del circuito de medida, su rango puede ser distinto al del instrumento.

• La calibración y Idealización son realizados digitalmente.

• La   idealización   puede  caracterizarse   para   ecualización   de   un   sensor  en particular.

• Las técnicas digitales de acondicionamiento son más poderosas.

• Compensa del drift del sensor con la ayuda de un sensor de temperatura.

• Mayor exactitud.

• Mayor rangeabilidad.

• Autodiagnóstico.

• Capacidad de comunicación, como en los instrumentos smart y digitales.

 

En la siguiente figura se puede apreciar la independencia del  circuito de medida y el circuito de salida, los ajustes se hacen de forma independiente.

 

Figura 9 Arquitectura de un Transmisor Digital

 

 

Algunas ventajas de los transmisores analógicos

 

Trabajan en tiempo real. En los instrumentos digitales se toman muestras en el orden de 2 a 20 muestra/s (sean time: 50 ms a 500 ms). Por lo tanto, en procesos muy rápidos no se pueden utilizar instrumentos digitales, se deben usar analógicos.

 

 

Desventajas de los Transmisores analógicos

 

• Necesita  recalibración  para cambiar el  rango de medición, y es necesario experiencia.

• Se necesita retirar el instrumento de la línea para calibrar.

• Los componentes, como los potenciómetros, experimentan "drift".

• La Idealización es fija para un solo tipo de sensor.

 

Las siguientes tablas comparan un transmisor analógico y uno digital, y un transmisor analógico y un "Smart".

 

Transmisor

Analógico

Digital

Exactitud

0,25 % a 1 %

0,02 % a 0,1 %

 

Tabla 2 Exactitud de Transmisores

 

 

Característica

Análogo

Smart

Rango:

0-5/30

0-25/150

0-125/750

0-.83/25 "H20

0-8,3/250

0-33,3/1000

Exactitud:

Linealidad:

Histéresis

±0,2 % span ±0,1 % span ±0,5 % span

±0,1 % span, incluye histéresis, linealidad y repetibilidad

Estabilidad:

±0,2 % URL - 6 meses

±0,1 % URL-12 meses

 

Tabla 3 Comparación de yn Transmisor de presión Análogo y uno "Smart"

 

 

Los instrumentos de tiempo real

Los instrumentos analógicos trabajan en tiempo real. Los instrumentos digitales se considera que trabajan en tiempo real si "sean time" es mucho menor que las constantes de retardo del proceso controlado. El instrumento digital tiene tiempos muertos introducidos por el ADC y por el tiempo de ejecución del programa del microprocesador.

 

La transmisión digital agrega más tiempo muerto, por ser comunicación serial, y de acuerdo a la eficiencia del protocolo entre el transmisor y receptor. En la siguiente tabla se muestra una comparación de tiempos muertos en lazos con distintos tipos de transmisores:

 

Lazo

A

B

C

Tipo de transmisor

Análogo

Smart (Rosemount)

Digital (fieldbus)

Razón de

actualización

(Actualizaciones/

s)

 

5,5

2,7

Tiempo muerto

del transmisor

(ms)

20

400

700

Tiempo muerto

del controlador

(ms)

250

250

250

Otros tiempos muertos (ms)

480

480

480

Tiempo muerto total (ms)

750

1130

1680

Tabla 4 Tiempos Muertos de Transmisores

 

 

VÁLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL

 

La válvula convencional presenta los siguientes problemas:

 

• El posicionador neumático no provee una regulación muy exacta.

• El posicionador neumático es difícil de ajustar.

 

Básicamente el nombre de válvula inteligente se debe a la presencia de un posicionador digital que reemplaza al posicionador tradicional. En el diagrama en bloques mostrado en la figura siguiente, el controlador digital de válvula (DVC) se ubica dentro del posicionador digital cuyas ventajas principales son:

 

• Provee una mejor regulación que el posicionador tradicional.

• Al tener microprocesador realiza funciones y control, diagnóstico y comunicación con un host (PC, DCS o Hand Held).

• La autocalibración de la válvula se da en pocos minutos.

• La válvula puede ser monitoreada, obteniendo información de la posición del vastago y la señal de entrada, así como alarmas de estado o de proceso.

• Fuera de servicio, pero en línea, se pueden realizar pruebas como: histéresis, "signature" de la válvula (Pactuador vs. desplazamiento del actuador), respuesta a escalón.

 

Figura 10 Diagrama de bloques de una Válvula Inteligente (cortesía dé Fisher)

 

Las variables medidas son:

 

• Desplazamiento del vastago

• Presión del actuador

• Señal de control desde el controlador (4-20 mA)

 

Particularmente en esta válvula se utiliza el protocolo Hart para comunicaciones. Existen otros protocolos cuyas características son materia de otro curso.

 

Figura 11 Posicionador inteligente

 

En la tabla que sigue, se muestra la información accesible remotamente de una válvula inteligente. Se observa la información de identificación, las de diagnóstico, calibración y otras.

 

Tabla 5 - Información obtenida de una válvula inteligente

 

+ INFORMACION, sobre válvulas inteligentes visitar:`

 

http://www.instrumentacionycontrol.net/es/articulos-instrumentacion/16-instrumentacion-elementros-finales-de-control/169-como-son-las-valvulas-de-control-inteligentes-en-la-actualidad-part-1.html

 

http://www.instrumentacionycontrol.net/es/articulos-instrumentacion/16-instrumentacion-elementros-finales-de-control/169-como-son-las-valvulas-de-control-inteligentes-en-la-actualidad-part-2.html

Una primera consideración en el campo es que las líneas de transmisión de datos son baratas y confiables. Esto es reflejo no solo del tipo de cable empleado sino también de la interfaz adoptada. Por lo tanto, a pesar de las altas velocidades de transmisión que se pueden obtener con una interfaz paralela como la IEC-625/IEEE-488, en donde 16 líneas se requieren para enviar 1 Byte de información, es muy costosa para instalar a este nivel.

 

Por esta razón, la interfaz estándar para el campo es serial. Los bajos costos de instalación (pocos cables y conectores), líneas más largas y transmisión más segura, más que compensan las velocidades de transmisión menores. A continuación se describen las interfaces seriales encontradas en aplicaciones de campo.

 







- LAZO DE CORRIENTE DE 20 mA

Se origina de la telegrafía en donde requería comunicación confiable sobre largas distancias. Trabaja con una corriente de 20 mA que es conmutada entre encendida y apagada según la cadencia de transmisión. Por lo tanto, cada terminal tiene dos lazos, uno para transmisión y otro para recepción. El lazo de corriente de 20 mA es utilizado como alternativa de la interfaz RS-232C. Su mayor ventaja está en su insensibilidad a la interferencia, de modo tal que se usa cuando se requiere cubrir grandes distancias o cuando se encuentran fuertes campos eléctricos en la vecindad de la línea de transmisión.



- INTERFAZ RS-232C

Es usada para interconectar dos dispositivos vía un cable multifilar, usualmente una computadora con un dispositivo periférico o un módem. El estándar cumple con los requerimientos eléctricos y físicos para la transmisión serial de bits. Define las señales de reconocimiento para el control de equipo estándar para líneas telefónicas y módems. Eléctricamente el sistema está basado en pulsos positivos y negativos de 12 V en los cuales los datos son codificados.
Mecánicamente, el estándar RS-232C tiene conectores de 9 o 25 pines. Las señales principales que llevan los datos de un terminal a otro son manejadas por las líneas "transmit data" y "receive data". Para hacer posible la transmisión, se requiere una tercera línea que lleva el potencial común de referencia. El resto de líneas, que no tienen que estar presentes, llevan información del estado de los terminales de comunicación. Los módems son controlados por las señales "request to send" y "clear to send", la disponibilidad de un bloque de datos en un computador por "data set ready" y la habilidad para recibir el bloque desde un computador por "data terminal ready".

 

- INTERFAZ RS-422

Cubre solamente los requerimientos eléctricos y físicos para la transmisión. Usa señales diferenciales y simétricas que permite altas velocidades de transmisión de hasta 10 Mbits/s. En el extremo final de recepción, la diferencia entre los niveles de voltaje es usada para decodificar las señale s; la mayor diferencia positiva corresponde al "0" y la menor al "1". La ventaja está en que si un campo externo actúa sobre la línea, ambas señales son influenciadas al mismo tiempo. La diferencia en la señal se mantiene con excepción del ruido individual de cada línea, sustancialmente igual. De esta manera es posible, tender líneas más largas que para la interfaz RS-232C. Además, desde que los efectos de la interferencia son restringidos, son posibles velocidades mayores de transmisión.

Debido a las líneas diferenciales y la disponibilidad de drivers apropiados, esta interfaz es aplicable no solamente para caminos de transmisión extensos, sino también para estructuras de buses seriales. A pesar de ser concebido principalmente como sistema de punto a punto, se pueden operar hasta 16 dispositivos con un solo transmisor.



- INTERFAZ RS-485

Especifica los requerimientos eléctricos y físicos para la transmisión simétrica de datos (similar a RS-422) entre varios dispositivos. Hasta 32 dispositivos actuando como transmisores o receptores pueden ser conectados a un cable de dos hilos es decir en una verdadera operación de bus. El direccionamiento y respuesta a los comandos debe ser resuelta por software. La máxima longitud de las líneas varía entre 1.2 km a una velocidad de 93.75 kBit/s hasta 200m a una velocidad de 500 kBit/s.


Esta ¡nterfaz usa tres estados lógicos, "0", "1" y "non-data"(ausencia de datos); esta última es usada para el control o sincronización del flujo de datos. Esta interfaz es con frecuencia encontrada en el campo. Al utilizar pares de cables trenzados y blindados, se asegura una comunicación confiable y económica.



- INTERFAZ IEC 1158-2

Es la interfaz internacional para fieldbus intrínsecamente segura; los datos, en una forma de señal sin retorno a cero, son acoplados con una señal de reloj y enviados como una señal de corriente o voltaje a través del medio de transmisión. El 1 y ei 0 son formados por un cambio de fase en el momento que se tiene el medio bit, dos estados de ausencia de datos se generan cuando no hay cambio de fase.

La ¡nterfaz usa un preámbulo para sincronización y añade un delimitador de inicio y uno final a los datos transmitidos. La naturaleza no ambigua de los delimitadores y el estricto monitoreo del temporizado de la señal, aseguran una transmisión muy segura a altas velocidades y sobre grandes distancias. La interfaz puede suministrar alimentación segura hasta para 10 dispositivos; se pueden acomodar más si tienen alimentación externa.


A continuación, se tiene un cuadro comparativo de las interfaces mencionadas.





Tabla 1 - Interfaces de comunicación

 

MODOS DE TRANSMISIÓN

 

Cuando se envía una señal desde un dispositivo a otro, debe pasar primero a través de un interfaz al medio de transmisión. Hay dos formas básicas de realizar esto: en forma paralela o en forma serial.

 

Actualmente es cada vez mayor el desarrollo de equipos de instrumentación y control que se comunican a través de señales digitales en reemplazo de las analógicas.

Adicionalmente a las válvulas de control descritas anteriormente, vamos a referirnos a algunos otros dispositivos que comandados por el controlador, sirven para finalmente regular un proceso según los valores deseados. Entre éstos mencionaremos brevemente las válvulas solenoide y los variadores de velocidad de motores.

En este artículo veremos de forma rápida y sencilla como podemos dimensionar una válvula de control, de tal manera que se ajuste a nuestras necesidades y costos.

 

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