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UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN.

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1 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN AUTOMATIZACIÓN AUTOR: ING. GERARDO ALBERTO LEAL, MSc Marzo 2012

2 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Concepto de Automatización. La Automatización es un área de la ingeniería basada en tecnologías que permiten utilizar las capacidades de las máquinas, equipos y sistemas para realizar las operaciones de los procesos sin la intervención total ó parcial del hombre. Operaciones Manuales Operaciones Automatizadas

3 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc La Automatización se aplica en diversos sectores de la producción de bienes y servicios tales como: Industria de la Energía Eléctrica Industria de los Hidrocarburos Industria Química y Petroquímica Telecomunicaciones Industria Alimentos Sistemas de Transporte Servicios Públicos Gas y Agua Muchos mas …..

4 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas Eléctricos Automatizados. Procesos donde es aplicable la Automatización Planta de Generación Hidroeléctricas Línea de Transmisión de Energía Sistemas de Distribución Industrias, Comercios y Residencias

5 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas Automatizados en Servicios Públicos de Agua y Gas. Represas y Embalses. Estaciones de Distribución Plantas y Estaciones de Distribución de Gas Estaciones de Bombeo Plantas de Tratamiento de Agua Procesos donde es aplicable la Automatización

6 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas Automatizados en la Industria Petrolera. Plantas de Gas. Múltiples de Distribución de Gas Estaciones de Producción Pozos de Producción Patios de Almacenamiento Refinerías Procesos donde es aplicable la Automatización

7 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc 1938: Circuitos basados en Algebra de Boole 1947: Concepto de Automatización por Ford. 1960: Primeros Autómatas basados en la Lógica Digital. 1973: Concepto de PLC (Controladores Lógicos Programables) basados en control electromecánico. 1975: Microprocesadores permiten la evolución de los PLC. 1980: General Motors introduce estandarización a nivel de PLC´s. Elementos de programación y Robótica. 1990: Electrónica fortalece uso del computador, protocolos de comunicación y sistemas en red. 2000: Microelectrónica. Programación alto nivel. Integración de Sistemas. Redes. Tecnología Web. Antecedentes de la Automatización

8 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Aumento de la Productividad. Reducción de Costos de Operación. Mejor Calidad de Productos. Estandarización de los Productos. Aumento de la Seguridad Industrial. Dignificación del trabajo Humano. Flexibilidad de la Producción. Integración de Sistemas de Producción. Ventajas de la Automatización Desventajas de la Automatización Resistencia al cambio. Se requieren conocimientos Tecnológicos. Altos costos de inversión inicial. Limitaciones de personal capacitado. Necesidad permanente de adiestramiento. Obsolescencia de las tecnologías. Limitaciones de las máquinas para operar. Dificultades por falta de sensores

9 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Modelo Estructural de un Sistema de Automatización Actuadores Pre-Actuadores Sensores Comunicaciones Parte OperativaParte de Control

10 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Clasificación de las tecnologías de Automatización Neumática HidráulicaElectrónica Eléctrica Tecnologías Cableadas y Físicas Tecnologías Programables Autómatas (PLC) Micro- Controladores Computadores Clasificación Tecnológica Tecnologías de Integración: telecomunicaciones, redes, entornos web, informática, aplicaciones de software, entre otros

11 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Niveles de Automatización El grado de automatización de un proceso depende de factores tecnológicos y económicos Nivel Básico: Nivel Básico: supervisión local, posicionamiento de dispositivos y funciones de seguridad Nivel Intermedio: Nivel Intermedio: nivel básico mas el control de un conjunto de máquinas y equipos Nivel Avanzado: Nivel Avanzado: niveles anteriores mas aspectos de supervisión remota, optimización, gestión de mantenimiento, control de calidad, seguimiento de la producción. Aparecen conceptos de control centralizado, control jerárquico, control distribuido. Alto Nivel: Alto Nivel: corresponde al esquema de plataformas de integración de sistemas, donde se contempla el manejo de la producción en forma integrada con conceptos de gestión, planificación, programación. Se desarrollan sistemas expertos. Los sistemas a este nivel se planifican de arriba hacia abajo y se implementan de abajo hacia arriba

12 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Modelo Piramidal Integrado de un Sistema de Automatización Nivel 1: INSTRUMENTACIÓN, MEDICIÓN Y ACTUACIÓN Nivel 2: CONTROL LOCAL Y RECOLECCION DE DATOS Nivel 3: SUPERVISIÓN Y CONTROL REMOTO Nivel 4: INTEGRACIÓN, OPTIMIZACIÓN Y GESTIÓN Modelo Piramidal ISO Planificación del Sistema Implementación del Sistema Flujo de Datos hacia el Proceso Flujo de Datos desde el Proceso Nivel 0: Operaciones del Proceso

13 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Nivel 1: Instrumentación, Medición y Actuación Elementos de medición y detección de las variables de los procesos (Medidores y Sensores) y los elementos de acción sobre el proceso (Actuadores) Transmisores (Presión, Flujo, Nivel, etc) Sensores (Sucihes de Presión, Nivel, Temperatura, etc) Actuadores de Válvulas Relés (24Vdc, 110Vac, etc)

14 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Dispositivos para integrar los instrumentos, poseen autonomía formando los sistemas de control junto con los instrumentos y permiten la interconexión con el nivel se supervisión. Controladores PID Unidades Terminales Remotas (RTU) Controladores Lógicos Programables (PLC) Computadores Personales (PC) Nivel 2: Control Local y Recolección de Datos

15 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas que permiten visualizar los procesos desde Centros de Operaciones Automatizadas, dando una imagen virtual de la planta. En paneles virtuales se muestran alarmas, fallas, estados y operaciones sobre los procesos. Sistemas de Supervisión, Control y Adquisición de Data (SCADA) Nivel 3: Supervisión y Control Remoto

16 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistema informático de gestión de la planta, comunica distintas organizaciones y mantiene las relaciones con proveedores y clientes, a través de un ambiente de integración computacional. Existen aplicaciones de alto nivel que permiten la optimización de procesos y el procesamiento de datos par toma de decisiones gerenciales. Ambientes de Oficina Integrados con recursos informáticos Ambientes de Oficina para Gerencia de Procesos Nivel 4: Integración, Optimización y Gestión

17 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc La conforman todos los elementos de medición y detección de las variables de los procesos (Sensores) y los elementos de acción sobre el proceso (Actuadores) Medidores Planta/Procesos Recolección de Datos Sistema de Control Sistema de Supervisión Actuadores Aspectos de Instrumentación para la Automatización Sistema de Automatización

18 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Transmisores de Presión PT ( Psi) Transmisores de Flujo FT (0 – 150 Pie 3 /Seg) Transmisores de Presión Diferencial PDT ( H2O) Variables con rango de valores, requieren de instrumentos sensores y Transmisores de señales eléctricas análogas a la variable del proceso para poder medirlas y controlarlas. Relés (Abierto / Cerrado ON/OFF) Variables de Procesos ANALOGICOS DIGITALES

19 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Clasificación y Tipos de Instrumentos según el tipo de datos Instrumentos AnalógicosDigitales EntradaSalidaEntradaSalida Transmisor de Presión (PT)X Transmisor de Temperatura (TT)X Transmisor de Nivel (TT)X Transmisor de Flujo (FT)X Transmisor de Posición (ZT)X Transmisor de Velocidad (ST)X Transmisor de Corriente (IT)X Transmisor de Voltaje (ET)X Convertidores I/PX Actuadores de Válvulas (YV)X Suiches de Presión (PS)X Suiches de Nivel (LS)X Contactos de Rele (K)X Bobinas de Rele (K)X Válvulas de dos estados (V)X Arrancador de Motores (M)X Contactor de Motores (M)X

20 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Reciben información de la variable del proceso y generan señales de corriente o voltaje, en forma continua y análoga al comportamiento de la variable real. Proceso Sensor Transductor Acondicionador de señal (Electrónica) Psi 4 – 20 mA 1 – 5 V Red Proceso Salida Analógico de Entrada: Sensor Acondicionador de Señal (Electrónica) Transductor Salida Eléctrica Proceso

21 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Recibe comandos en forma de señales de corriente o voltaje continuas, para transformarlas en acciones físicas sobre los elementos finales de control que actúan directamente sobre el proceso. Válvula Transductor (Motor) Acondicionador de señal 0-100% 4 – 20 mA 1 – 5 V Red Entrada Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Analógico de Salida: Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Proceso Actuador Válvula

22 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Recibe señales de dos estados (On / Off), en forma de Nivel de voltaje o de contacto seco, posteriormente estas señales se convertirán en niveles lógicos (1 y 0) Proceso Sensor Transductor Acondicionador de señal +V (1) Gnd (0) Salida ON OFF Digital de Entrada: Contactor Rele de ContactosSuiche de Presión AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL

23 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Proceso Transductor Acondicionador de señal Entrada Principio de Funcionamiento de los Instrumentos Digital de Salida: Recibe señales de dos estados (On / Off), en forma de Nivel de voltaje o de contacto seco, posteriormente estas señales se convertirán en niveles lógicos (1 y 0) +V (1) Gnd (0) ON OFF Contactor Bobina Contactos Electroválvula AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL

24 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Transmisores en Red (Instrumentos Inteligentes) PT1PT3PT2PT4PT5 Controlador de la Red (Protocolos de comunicación: Hart, Fieldbus, Microbuffer,etc) (Señal portadora 4 mA) Datos de la Red para cada PT: Dirección de cada PT Rango y Unidades Valor medido Calidad de los datos Diagnostico del Instrumento Diagnostico de la Red

25 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Actuadores de Válvulas en Red (Instrumentos Inteligentes) Datos de la Red para cada Actuador: Dirección de cada Actuador Estado de la válvula (Open / Close) Comando de la Válvula (Open / Close) Calidad de los datos Diagnostico de los actuadores Diagnostico de la Red Controlador de la Red (Protocolos de comunicación: Hart, Fieldbus, Microbuffer,etc) (Señal portadora 4 mA) Act1 Act2Act3 Act4Act5

26 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistema de Recolección de Datos Dispositivos diseñados para centralizar todos los datos que vienen o van hacia un proceso, a través de la interconexión con la instrumentación. Sistema Recolector de Datos Supervisión Local (IHM) Interfase Humano-Maquina) (DCS) Instrumentación de Planta Proceso I O I O Infraestructura Física de Planta Unidad Terminal Remota Telecomunicaciones Supervisión a Distancia (Scada) Configuración

27 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Unidad Terminal Remota (RTU) Las RTU son dispositivos electrónicos para la adquisición y control a distancia de los datos de proceso. Son el interfaz entre los instrumentos y los sistemas de supervisión. Vista Interna Vista Externa

28 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Arquitectura de la Unidad Terminal Remota RTU Medidores y Sensores RAMEPROMCPUBatería Bus de Memoria PROCESADOR MODULOS DIGITALES ENTRADA (DI) INTERFASE (DI) MODULOS DIGITALES SALIDA (DO) INTERFASE (DO) MODULOS ANALOGICOS ENTRADA (AI) INTERFASE (AI) MODULOS ANALOGICOS SALIDA (AI) INTERFASE (AO) FUENTE DE PODER +5V, +12V Instrumentos y Sensores Reles y Válvulas Actuadores Bus de I/O MODULO COMUNICACION Sistema Alimentación Externo Sistema Comunicación Externo Configuración y Supervisión Bus +V / Gnd Red Instrumentos

29 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Hardware Modular de la RTU FUENTE DE PODER PROCESADOR COMUNICACION DI – 8 ENTRADASDO – 8 SALIDASAI – 8 ENTRADAS AO – 8 SALIDAS SLOT RESERVA Interfases Instrumentación Módulos Principales Módulos I/O Instrumentos Rack Módulos DI 4, 8, 16, 32 Entradas Módulos DO 4, 8, 16, 32 Salidas Módulos AI 4, 8, 16, 32 Entradas Módulos AO 4, 8, 16, 32 Salidas

30 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Datos de Proceso en la RTU MODULO DI ( 8 Entradas) PS-01-1 PS-02-1 PROCESADOR LS-02-1 LHS-02-1 ZV-03-1 ZV-04-1 ZV-05-1 Instrumentos Binarios DI-1 DI-2 DI-3 DI-4 DI-5 DI-6 DI-7 DI-8 Puntos tipo Bit en el Procesador RTU MODULO AI ( 8 Entradas) PT-01-1 TT-02-1 PT-02-1 PROCESADOR LT-02-1 PDT-02-1 ZT-03-1 FT-04-1 PT-05-1 Instrumentos Analógicos AI-1 AI-2 AI-3 AI-4 AI-5 AI-6 AI-7 AI-8 Puntos tipo Byte en el Procesador RTU

31 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc IHM de Supervisión Local Son interfaces gráficos computacionales de tipo Industrial (resistentes a condiciones adversas), que permiten a los operadores de las plantas, realizar operaciones y supervisión local de los procesos, así como funciones de Mantenimiento. RS-232 RS-485 TCP/IP Ethernet LPT

32 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas de Telecomunicaciones. Antena Microondas Antena UHF Estaciones Base y Repetidoras Radio Móvil Satélites Telefonía RTU Módulos de Comunicación Centros de Control

33 UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN. ING. GERARDO A. LEAL, MSc Sistemas de Alimentación y Energía Eléctrica. RTU Banco de baterías Rectificador /Cargador Sistema de Alimentación Eléctrica Red de 110 Vac / 220Vac 24 Vdc Instrumentación Telecomunicaciones Panel Solar Diagrama de Subsistemas


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