Transmisores y válvulas inteligentes en la actualidad

11 Junio 2010

 

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

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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