UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE AGROINDUSTRIA Y AGRONOMÍA
Sesión 13: Instrumentación industrial. Medición de nivel, caudal, presión y
temperatura. Calibración.
DOCENTE:
Ms. Ing. CIP. ABEL JOSE RODRÍGUEZ YPARRAGUIRRE
CICLO:
IX
CURSO:
Bioprocesos II
Instrumentación industrial
Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de
un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.
Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la
medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en
un proceso productivo.
Los instrumentos básicos son:
El sensor, mide la señal primaria
El transmisor,
El controlador,
El convertidor
El actuador (elemento final de control).
Planta
Proceso
Sistema
Control
Ms Ing. CIP Abel José Rodriguez Yparraguirre
Bioprocesos II
Componentes básicos
Sensor:
• Elemento primario.
Transmisor:
• Elemento secundario.
Controlador:
• Cerebro del sistema de control.
Elemento final de control:
• Elementos sobre el que actúa el controlador.
Componentes básicos
Variable de Proceso:
• Todas las variables de la planta, susceptibles de control.
Variable Controlada:
• Variable que se debe mantener o controlar dentro de algún valor deseado.
Variable Manipulada/de Control:
• Variable que se utiliza para mantener a la variable controlada en el set point.
Sistema:
• Combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado.
Perturbación:
• Es una señal que afecta negativamente el valor de la salida.
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS
CLASIFICACIÓN
En Función del
instrumento
-Instrumentos ciegos
-Instrumentos indicadores
-Instrumentos registradores
-Elementos Primarios
-Transmisores
-Transductores
-Convertidores
-Receptores
-Controladores
-Elementos finales de control
En función de la
variable de proceso
-Caudal
-Nivel
-Presión
-Temperatura
-Densidad y peso específico
-Humedad y punto de rocío
-Viscosidad
-Posición
-Velocidad
-pH
-Conductividad
-Turbidez
Instrumentos Ciegos
Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable con la que trabajan.
Tales como presostatos(interruptor de presión), termostatos(interruptor de temperatura), transmisores
de caudal, nivel, presión y temperatura sin indicación.
Termostato
Transmisor de
presión
Transmisor de nivel
Instrumentos Indicadores
Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable.
Según la amplitud de la escala pueden ser concéntricos y excéntricos. Y si expresan la variable en
dígitos serán indicadores digitales
Voltímetro
Manómetro
analógico
Manómetro
digital
Instrumentos Registradores
Registran con trazo continuo o a puntos la variable, pueden ser circulares o de gráfico rectangular
según sea la forma del gráfico.
Hay registradores sin papel que se pueden conectar a una red y permite mejor acceso a los datos
Elementos primarios
Los sensores captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida
predeterminada. También se denomina detector o elemento primario por estar en contacto con la
variable.
Transmisores
Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma
de señal neumática o electrónica. La señal digital es la más ampliamente utilizada y es apta
directamente para las comunicaciones, ya que utiliza protocolos estándar.
Transmisor de nivel
Transmisor
de presión
Transmisor
de caudal
Transductores
Reciben una señal de entrada en función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada
a una señal de salida.Son transductores, un relé, un elemento primario, un transmisor.
Transductor ultrasónico
Relé
Convertidores
Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o electrónica (4-20 mA C.C.)
procedente de un instrumento y después de modificarla (convertirla) envían la resultante en forma
de señal de salida estándar.
Controladores
Comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con un valor deseado(set point) y
ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.
Variable
controlada
Valor
deseado
Es aquel que finalmente modifica alguna característica del proceso según lo ordenado por el
controlador.
Instrumentos en función de la variable de proceso
Aquí dependerá del tipo de señal que está siendo medida, independientemente del sistema
empleado en la conversión de la señal de proceso
.El mismo caso ocurre con el número y tipo de transductores existentes entre el elemento primario
y el instrumento
-
-
Caudal
Nivel
Presión
Temperatura
Densidad y peso específico
Humedad y punto de rocío
Viscosidad
-
Posición
Velocidad
PH
Conductividad
Frecuencia
Fuerza
Turbidez, etc
Simbología y nomenclatura (ISA) de instrumentación
La SOCIEDAD DE INSTRUMENTISTAS DE AMERICA (ISA) publica normas para símbolos,
términos y diagramas que son reconocidos en la industria.
SIMBOLOS Y DIAGRAMAS
Los símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar:
-La aplicación en el proceso
-El tipo de señales empleadas
-La secuencia de componentes interconectadas
-La instrumentación empleada
Identificación del instrumento
Norma isa aplicables a dti´s
❖ ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificación y símbolos de instrumentación
❖ ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lógicos binarios para operaciones de proceso.
❖ ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido, instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos y
computarizados.
❖ ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentación.
❖ ANSI/ISA S5.5-1985, Símbolos gráficos para desplegados de proceso.
Otras normas de simbología
❖ ASA Y32.11-1961 – Símbolos gráficos para diagramas de flujo de proceso en las industrias del petróleo y química (ASME).
❖
ASA Z32.2.3-1949 – Símbolos gráficos para accesorios de tubería, válvulas y tubería (ASME)
❖
ANSI Y14.15.a-1971 Sección 15-11 Interconexión de diagramas (ASME)
❖ IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Símbolos gráficos para diagramas eléctricos y electrónicos (IEEE)
❖
ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE
Símbolos de instrumentos
Suministros
Localización
SA Suministro de aire
PP En línea de proceso
SE Suministro eléctrico
LO En campo, local
SG Suministro de gas
PNB En tablero principal de control
BPNB Parte posterior del tablero
SH Suministro hidráulico
PNBL En tablero de control local
SN Suministro de nitrógeno
SS Suministro de vapor
SW Suministro de agua
LI
2702
SA
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
Cada instrumento debe identificarse con un sistema de letras y
números que lo clasifique funcionalmente.
T
R C
2
Primera Letras
Número
Letra Sucesivas del Lazo
A
Sufijo
TRC – 2A
IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN
FUNCIONAL
DEL LAZO
Controlador Registrador de Temperatura, LAZO No.2, Instrumento A, Montado en Panel de Control,
Electrónico.
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
Símbolos estándar
Descripción de cómo los círculos indican la posición de los instrumentos
Las líneas punteadas indican que el instrumento está montado en la parte posterior del panel el cual no
es accesible al operador
Símbolos estándar
Funciones simples
Montado localmente o en el campo
Montado detrás del tablero de control
Montado en el panel de control
FRC
Ejemplo:
102
5
Montado en el panel de control Nº 5
Símbolos estándar
Funciones múltiples
Montado localmente o en el campo
Montado detrás del tablero de control
Montado en el panel de control
Ejemplo: si FRC incluye una segunda plumilla para graficar presión se usará un círculo doble para
indicar dicha función
Símbolos especiales en válvulas de control
Símbolos especiales en válvulas de control
Líneas de conexión de instrumentos
CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Para empezar debemos realizar la conexión del PLC S7-1200 al toma de la energía así como colocar el cable de conexión
Ethernet que se conectara al computador y por ultimo conectar la tarjeta de simulación de entradas digitales el cual se vera de
esta manera
Figura 1. CONEXIÓN EXTERN
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
2. Inicio
Ingresamos al entorno de Step 7 Basic con acceso directo llamado TIADOR (Totally Integrated Automation portal v10) el cual nos
servirá de guía para implementar nuestro programa de aplicación en el PLC, este programa trabaja con lenguaje ladder de
contactos y nos permitirá establecer la conexión con el pc. Es importante recalcar que la implementación que se realizo para el
desarrollo de esta práctica fue atraves de la plataforma de Windows 7 Basic donde se instalo la maquina virtual llamada Oracle VM
VirtualBox donde fue necesario crear una imagen de Windows XP professional y posteriormente instalar el programa Step 7 Basic
todo esto debido a inconvenientes al cargar el programa al PLC en el entorno de Windows 7 Basic donde se ocacionaba un error, al
darle solución con este proceso obteniendo un éxito al cargar el programa al PLC y realizando su respectiva comprobación, mas
adelante detallaremos como se debe relacionar Windows XP de la maquina virtual con el equipo anfitrión y el PLC.
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
3-CREAR PROYECTO
Al correr el programa aparece un bloque de menú con varias opciones entre la mas importantes están crear proyecto, abrir proyecto
existente o migrar proyecto, en nuestro caso se muestra en la figura 2 al lado derecho últimos proyectos utilizados los cuales han
sido proyectos anteriores los cuales se observa su ruta donde se encuentran guardados. Para seguir con la creación de un
proyecto nuevo le damos la opción crear proyecto. .
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
3-CREAR PROYECTO
Al ingresar en la plantilla crear proyecto nos aparece un bloque en la parte derecha en el cual podremos ingresar la información
suficiente para caracterizar nuestro proyecto como el nombre del proyecto la dirección donde queremos que se guarde el proyecto
el autor y también unos comentarios que podamos agregar para detallar aun mas nuestro nuevo proyecto, luego de esto le damos
crear, donde se cargan los componentes de inicialización para nuestro proyecto.
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
4-PRIMEROS PASOS.
Después de darle en el icono crear se carga un menú que dice primeros pasos el cual nos brinda tres opciones para poder
seguir con el proyecto, las cuales son configurar un dispositivo, crear un programa PLC, configurar una imagen HMI y abrir la
vista del proyecto. Entonces aquí le damos la opción de configurar un dispositivo, para configurar el tipo de PLC con el cual
vamos a trabajar y cuáles van a ser sus características.
Figura 5. PRIMEROS PASOS
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
5. CONFIGURAR UN DISPOSITIVO
Figura 6. Configurar un dispositivo
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
En este bloque nos aparecerá una serie de opciones entre las cuales están Mostrar todos los dispositivos, agregar dispositivo,
configurar redes y ayuda, le damos la opción de agregar dispositivo al lado derecho tenemos una serie de carpetas y
subcarpetas las cuales nos muestran las CPU’S de la gama SIMATIC S7-1200 al seleccionar una de ellas nos saldrá la
descripción de la CPU seleccionada, para el desarrollo de nuestra practica escogeremos la CPU que dice CPU 1200 sin
especificar le damos doble clic en esta, hemos elegido la CPU sin especificar para que al realizar la conexión con el PC el
programa reconocerá las características de nuestro PLC así como los módulos adicionales que estén conectados.
Figura 7. CPU SIN ESPECIFICAR
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Al tener este entorno sale una información en naranja debajo de la CPU del PLC sin especificar la cual nos ayuda con la
detección del PLC, le damos en determine para que el software detecte el dispositivo, antes de esto tenemos que configurar las
IP para que tengamos una conexión entre Windows 7, Windows xp (virtual box) y el PLC. Para esto primeramente debemos
configuar la IP de Windows 7 siguiendo esta dirección (panel de control, redes e internet,centro de redes y recursos
compartidos, cambiar configuración del adaptador, clic derecho en conexión de area local y propiedades). Seleccionamos el
que dice Protocolo de internet versión 4(TCP/IPv4) y doble clic, en Usar la siguiente dirección IP escribimos la dirección
192.168.0.16 y aceptar ya que la IP establecida por el PLC es 192.168.0.1 por defecto.
Figura 8. CAMBIAR IP EN WINDOWS 7
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Ahora cambiamos de manera similar la IP en Windows XP de la maquina virtual solo cambiando las dos últimas cifras de la IP
Figura 9. CAMBIANDO IP WINDOWS XP(VIRTUAL BOX)
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Ahora cambiamos de manera similar la IP en Windows XP de la maquina virtual solo cambiando las dos últimas cifras de la IP
Figura 10. DISPOSITIVOS ACCESIBLE
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Volvemos al entorno de step 7 basic, después de darle clic en el icono determine nos aparece la pantalla de la figura 9 donde
seleccionamos en la parte de arriba nuestra tarjeta de conexión Ethernet luego de esto empieza a detectar los dispositivos que
estén conectados automáticamente.
Figura11. CONEXIÓN AL PC
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
Aquí el dispositivo ya esta conectado y podemos seleccionar el dispositivo en la lista y para verificar su conexión existe la
opción de parpadear LED y se puede observar su parpadeo en el dispositivo, luego de esto le damos cargar en donde nos
genera la imagen de los dispositivos conectados en el step 7
Figura 12. PLC CARGADO DATOS.
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
6-CREAR PROGRAMA
Ahora procederemos a cargar un programa en el step 7 para posteriormente cargarlo al PLC y observar su correcto
funcionamiento
Figura 13. GENERAR PROGRAMA
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
6-CREAR PROGRAMA
En la parte izquierda se encuentra el árbol del proyecto donde contiene las diferentes opciones de modificación del PLC, en esta
sección se encuentra una carpeta donde se encuentra el bloque de programa y luego el Main[OB1] en donde se programa lo
que se quiere hacer, en este caso hemos realizado un sencillo programa de control donde una salida permanece activa por 3
segundos y permanece apagada por otros 3 segundos este proceso se repitió 4 veces, esto lo realizamos con temporizadores y
seteando y reseteando la salida cada vez que se cumplía el ciclo de conteo en la figura 13 se observa la conexión de uno de los
temporizadores en ladder y además en el árbol del programa después del Main se cargan los bloques de los 4 temporizadores
utilizados en la práctica.
Figura 14. COMPILAR PROYECTO
Después de terminar el programa procedemos a compilar el programa para observar si existen errores, en la parte central de la
pantalla se muestran los mensajes referentes a la programación.
TUTORIAL PLC S7-1200 SIEMENS
7-TRANSFERIR PROGRAMA.
Una vez compilado nuestro proyecto y con 0 errores le damos a transferir y las ventanas que nos salgan le damos cargar en la
ultima ventana de cargar tuvimos un inconveniente y es que cuando le dabamos a transferir a todo se nos quedaba el programa y
no nos dejaba colocar el PLC a modo run y se pudo solucionar no seleccionando transferir todo, por ultimo seleccionamos el
dispositivo y se activara un icono como play que es el modo run, esto hace que el PLC corra los datos y debe indicar el modo run
con un color verde
Figura 15. CARGANDO PROGRAMA.
Figura 17. FINALIZANDO AL CARGAR EL PROGRAMA.
Cade_simu con pc_simu
CADE-SIMU es un programa de edición y simulación de esquemas de automatismos eléctricos. No tiene instalador, se trata de
un archivo en formato .ZIP que debe descomprimirse en cualquier carpeta y haciendo doble clic en el ejecutable, basta para que
funcione. Además solicita una clave de acceso. Los nuevos diseños eléctricos elaborados se guardan por defecto con la
extensión.CAD, debemos siempre ejecutar el programa y después abrir el archivo que deseamos editar, no utilizar el doble clic
sobre el archivo.
Interfaz del Programa CADE-SIMU
Cade_simu con pc_simu
Inicio del programa, introducir clave 4962 (Importante si no introducimos clave no permitirá guardar el programa
diseñado.
Cade_simu con pc_simu
Listo para editar o simular el automatismo eléctrico de la máquina
En la sección seleccionada tendremos distintos componentes agrupados por categoría. Al pulsar sobre ellos se
desplegaran en la parte inferior los distintos símbolos de los elementos de cada categoría.
Cade_simu con pc_simu
Las distintas categorias podemos verlas desplegadas en la pagina siguiente . pasando el cursor por encima del
componente , nos aparecera una descripcion del mismo .
Para insertarlo , bastara con pulsar sobre el y desplazar el cursor hasta el área de dibujo.
Símbolos de componentes
Cade_simu con pc_simu
En el menú de edición podemos insertar los datos del esquema del cajetín. Este programa simula el
funcionamiento de los esquemas, es necesario alimentar y conectar correctamente todos los componentes para
que la simulación funcione de forma adecuada.
Cade_simu con pc_simu
El marcado de los componentes es muy importante, ya que todo lo que este identificados con el mismo nombre
actuara de modo simultáneo.
Se selecciona cada componente y se situarán en la zona donde lo queramos insertar, después se identificarán
en el esquema.
Ejemplo de diseño eléctrico
Ms Ing. CIP Abel José Rodriguez Yparraguirre
Bioprocesos II