El propósito de este curso es introducirlo a las distintas Redes de Comunicación que podemos utilizar con el RsLogix 5000. Esta sesión le proporciona la oportunidad de explorar las Redes EtherNet, ControlNet y DeviceNet dependiendo de la estación ante la que usted esté sentado y del libro de trabajo que esté usted usando.

 

 

Un tablero eléctrico de automatización es aquel que está constituido por equipos electromagnéticos, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores electrónicos, temporizadores neumáticos, etc.

 

¿Cuál es su función?

 

Es albergar diferentes dispositivos eléctricos, electrónicos, etc. que gobiernen la lógica y energicen cargas, tales como motores, generadores, máquinas de procesos, etc., o sea, todo aquello que necesite la industria para controlar el funcionamiento de las máquinas.

 

Te preguntaras, ¿Hace cuánto tiempo que existen estos dispositivos?

 

Estos datan desde principios de siglo. Sin duda estos equipos aún constituyen, en algunas empresas, el soporte para la automatización de sus procesos industriales, especialmente en países en desarrollo.

 

A continuación se sintetizan las ventajas y desventajas de los tableros eléctricos a base de relés.

 

Ventajas Y Desventajas De Los Tableros Eléctricos

 

Es importante destacar las ventajas y desventajas, para poder compararla con otras alternativas.

 

  • Ventajas
  1. La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rápidamente.
  2. Su estudio, fabricación e instalación es muy difundido desde hace décadas.
  3. La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida, debido a que todo es conocido.
  4. Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas.
  5. Existe gran cantidad de material de consulta, tales como libros, revistas, catálogos, separatas, etc., y aprender su lógica resulta sencilla.

 

No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalación, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo en aquellas zonas donde puedan existir fugas de gases explosivos.

 

  • Desventajas

 

  1. El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al tamaño del proceso a automatizar.
  2. Generalmente ocupan mucho espacio.
  3. Requiere mantenimiento periódico, debido a que gran parte de sus componentes están constituidos por piezas móviles sujetos a desgaste.
  4. Cuando se origina una falla es muy laboriosa su ubicación y reparación.
  5. No son versátiles, solamente se les pueden utilizar para una determinada aplicación.
  6. Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido al incremento de la probabilidad de fallas.
  7. No es posible, con equipos electromecánicos, sensar señales de alta frecuencia, para ello se requiere el apoyo de la electrónica.
  8. En tableros grandes el consumo de energía es representativa.
  9. No permite una comunicación directa entre todos sus componentes, es necesario hacer varias modificaciones, adquiriendo para ello, equipos de interfases, elevando de esta forma su costo.

 

¿Qué apariencia tienen?

 

Tablero eléctrico convencional.

 

Relés auxiliares en un tablero eléctrico convencional. 

 

Claro, con tal cantidad de equipos con que está construido el tablero eléctrico, debe ser tedioso encontrar una falla.

 

Analizando las desventajas que se han señalado acerca de los tableros eléctricos convencionales, donde para muchas empresas no es tolerable aceptar alguna de ellas, es conveniente, sobre todo, en el aspecto económico, discutir su uso.

 

Téngase presente que existe otra alternativa moderna que elimina casi la totalidad de estas desventajas, y por el contrario, disponen de mayor capacidad para realizar más de lo necesario.

 

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!!!

 

 

 Sintonizar un sistema de control realimentado significa regular parámetros en el controlador para lograr implementar un control robusto en el proceso. “Robusto” en este contexto es usualmente definido como la estabilidad de las variables de procesos a pesar de los cambios de carga, una rápida respuesta ente los cambios de setpoint, oscilaciones mínimas y un offset mínimo (error entre el setpoint y la variable de proceso) en el tiempo.

 

Control Robusto” es mucho más fácil de definir que te lograrlo. El control PID (Proporcional-Integral-Derivativo) es el algoritmo de control realimentado más usado en la industria, es importante que el ingeniero y/o técnico instrumentista entienda como se sintonizan estos controladores de manera efectiva y con una mínima inversión de tiempo.

 

Diferentes tipos de procesos, que tienen diferentes comportamientos dinámicos (dependientes del tiempo), requieren diferentes niveles de acción de control proporcional, integral y derivativo para lograr una respuesta estable y robusta. Y por tanto alguien que intente o busque sintonizar un controlador PID debe entender la naturaleza dinámica del proceso que está siendo controlado. Por esta razón, en este curso exploraremos las principales características de procesos antes de hablar de las técnicas para realizar una elección práctica de los valores de los parámetros P, I y D.

 

 

Características de Procesos

 

Quizá la regla más importante para sintonizar un controlador es CONOCER el proceso antes de intentar regular la sintonía del controlador. A menos que entendamos adecuadamente  la naturaleza del proceso que intentamos controlar, tendremos muy pocas esperanzas de hacerlo. En esta parte el curso dedicaremos tiempo a explicar las diferentes características de procesos y como podremos identificar cada una.

 

Los métodos cuantitativos de sintonización PID (más delante hablaremos de esto también) intentan mapear la características del proceso y con ello se obtienen algunos buenos parámetros PID para el controlador. La meta de esta parte es que entiendas los diversos tipos de proceso observando su respuesta y haciendo un análisis cualitativo, con ello comprenderás porque los diferentes parámetros de sintonía son necesarios para tipo, en lugar de solo seguir estrictamente unos cuantos pasos para sintonizar un controlador PID.

 

Podemos clasificar la respuesta de los procesos en tres grupos: auto-regulatorios (self-regulating), integrativos (integrating) y los inestables (runaway). Casa uno de estos tipos de proceso está definido por su respuesta ante un estimulo, impulso o escalón (cambio manual repentino sobre una señal de salida que actúa sobre el proceso) por ejemplo la posición de una válvula de control o el estado de algún elemento final de control). Un proceso  “self-regulating” responde ante un escalón unitario o variación de apertura de una válvula de control fijando un nuevo valor de su PV, un valor estable. Un proceso “integrativo” responde variando su valor de PV constantemente (ramping)  hacia arriba o hacia abajo a una tasa proporcional (pendiente) a la magnitud de cambio o escalón producido con el elemento final de control (válvula de control). Finalmente, un procesos “runaway” responde variando su PV hacia arriba o hacia abajo a un tasa que se va incrementando con el tiempo, llevándolo a un completa inestabilidad son forma alguna de corregirlo con la acción del controlador.

 

Los procesos self-regulating, integrativos y runaway tienen diferentes necesidades de control. Los parámetros de sintonía PID que pueden trabajar bien para controlar un proceso self-regulating (auto-regulatorio), por ejemplo, no trabajará bien para controlar un procesos integrativo o runaway (inestable), a pesar de algún característica similar de estos procesos. Si primero identificamos la característica de un proceso, podríamos tener una conclusión general de los valores necesarios de P, I y D para controlarlo bien.

 

Posiblemente el mejor método para testear un proceso para determinar su característica natural es poner el controlador en MODO manual y realizar un step-change (escalón de salida) en la señal de salida del controlador. Es criticamente importante que el controlador este en modo manual en el momento que las características del proceso estén siendo exploradas. Si el controlador es dejado en MODO automático, la respuesta que miraremos del proceso a un setpoint dado o cambio de carga será parcialmente la característica natural del proceso mismo y parcialmente la acción correctiva del controlador. La acción correctiva del controlador por tanto interferiría con nuestra meta de explorar las características de nuestro proceso. Por el contrario, poniendo el controlador en modo MANUAL inhabilitamos la acción correctiva (removemos efectivamente su influencia rompiendo el lazo realimentado entre el proceso y el controlador, controlador y proceso). En modo manual, la respuesta que vemos del proceso para un salida (variable manipulada) o cambio de carga es PURAMENTE una función de la naturaleza dinámica del proceso, la cual es precisamente lo que deseamos reconocer.

 

El testeo o exploración de la característica de un proceso con el controlador en modo manual es frecuentemente llamado open-loop test o “prueba a lazo abierto”, porque el lazo realimentado es “abierto” y ya no es más un lazo completo. Esta prueba es un técnica de diagnostico fundamental que aplicaremos en las siguientes artículos.