Señales Analógicas Cap.5 (Práctica-Parte 1)

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Para continuar, vamos a realizar el montaje paso a paso de un lazo de control 4-20 mA de un transmisor de presión relativa a un PLC y a un Visualizador de proceso.

Vamos a centrarnos en esta entrada en la identificación de los equipos, por ello vamos a comenzar realizando una pequeña descripción de los mismos:

  • Instrumento.

Transmisor de presión relativa de la marca SIEMENS, Serie 7MF4021 con salida 4-20 mA. Ajustado de 0 a 200 mbar (0 a 2,04 mca).

tp_siemens

  • Fuente de Alimentación 230VAC/24VCC.

Fuentes de alimentación con sincronización primaria EPSITRON® ECO Power 24VCC 2,5A

fuente

  • Portafusibles.

– Para alimentación de lazo y equipos (Phoenix Contact):

Borna interrumpible – ST 4-TG – 3038367

Cabeza portafusible – P-FU 5X20 – 3036806

– Para lazo de control (Wago):

Borna portafusible roscado

fusibleswago

  • Protección Contrasobretensión de señales Tipo 3 de Phoenix Contact.

Elemento base de protección contra sobretensiones – PT 1X2-BE/FM – 2920010

Enchufe de protección contra sobretensiones – PT 1X2-24DC/FM-ST – 2920078

pcst_t3

PCST_T3Esquema Conexiones.

  • Amplificador Aislador Universal de Wago (Separador Galvánico).

Convertidores de medición JUMPFLEX®; Amplificador aislador universal

aislador

separadorwagoEsquema Conexiones.

Módulo de configuración JUMPFLEX®

modulo_conf

Borna de alimentación y de paso JUMPFLEX®

borna_alimentacion

  •  Visualizador de Proceso de Omron (equipo antiguo). Ajustado de 4-20 mA y de 0 a 100 %.

Display escalable.

omron

  • Equipo de Control y Supervisión.

Aún no me he decidido por el equipo con el que voy a realizar la práctica y estoy abierto a propuestas entre los posibles PLC y PAC que dispongo con Entradas Analógicas. ¿ Me ayudas a decidirme?.

– PAC CompactLogix L2 de Allen Bradley.
– PLC Micrologix 1400 de Allen Bradley.
– PLC Micro 820 de Allen Bradley.

Si quieres realizar algún comentario o sugerencia lo puedes realizar en juanalberto@noeju.com

En la siguiente entrada veremos el esquema y el montaje de los equipos.

Saludos!!!.

Señales Analógicas Capítulo 4

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Para continuar con esta serie de entradas, vamos a ver como analizar fallos en los lazos de señales analógicas.

En la puesta en marcha del lazo de un instrumento, es conveniente realizar una verificación o control de calidad, realizando una simulación de valores y observar la desviación en los receptores (SCADA, Terminal de Operaciones, Registrador Gráfico, Visualizador de Proceso, PLC, DCS, PAC…) y midiendo la impedancia del lazo, como vimos en la entrada Señales Analógicas Capítulo 1: “…..es aconsejable en la puesta en marcha de un bucle, medir la impedancia del lazo y verificar que no supera los 750 ohmios, este valor es aconsejable, ya que los instrumentos suelen soportar valores superiores.” La simulación se puede realizar de tres modos diferente:

  • Con un patrón que genere la variable medida, por ejemplo con un bomba de presión.

750P04-2                  bomba-calibracion-presion-hidraulica-7105-5022907

  • Con un patrón que simule la señal de mA (calibrador de procesos).

                                  calibrador-multifuncion-7105-5020809                              calibrador-procesos-18971-3467295

  • Con un instrumento que permita generar la señal de mA, por ejemplo caudalímetro electromagnético, o mediante algún protocolo, como por ejemplo HART.

Tampoco debemos olvidar de realizar un montaje correcto del instrumento, a un buen técnico de instrumentación siempre le he escuchado decir, “que la medida correcta de un instrumento depende de un un buen montaje del mismo”.

Si realizamos este control de calidad de las señales y hemos realizado un montaje correcto, tenemos cierta garantía que el instrumento va a realizar su función correctamente, no obstante pueden aparecer fallos en la vida de los lazos, que se pueden agrupar en los siguientes tipos de fallos:

  • En el instrumento, ya sea en la parte del sensor (parte del instrumento que está en contacto con el medio medido) o en la electrónica del mismo.
  • En el conexionado y cables.
  • En los elementos de protección (protecciones contra sobretensiones, separadores galvánicos, fusibles…).

Estos fallos pueden provocar en la medida:

  • Razonabilidad inferior o lazo abierto.
  • Razonabilidad superior.
  • Algún tipo de deriva.

Habitualmente cuando un instrumento o lazo da problemas, antes de derivar a mantenimiento la correspondiente orden de trabajo correctiva, ha habido un análisis previo por parte del panelista o técnico de explotación, realizando un análisis de las gráficas de tendencias (trend) de la medida o del proceso al que está realizando una afección dicho instrumento, esta información es valiosa, pero en la mayoría de los casos es mejor abstraerse de los análisis que realizan de la avería, ellos son los que más saben de los procesos y esa información es la que debemos obtener de explotación para realizar luego realizar nuestro propio análisis de la incidencia, por ello aconsejo “olvidarmos de análisis de averías por explotación” y realizar nosotros un análisis sistémico.

 Las principales causas de averías son:

  • Ruido electromagnético.
  • Sobretensiones.
  • Malos contactos en bornas y conexiones de equipos.
  • Fallos de aislamiento de mangueras y cables, por mordeduras de roedores o por daños mecánicos.
  • Atascos o fallo en la medida.
  • Avería del instrumento.
  • Derivas de equipos (separadores galvánicos, protecciones contra sobretenciones, instrumentos, visualizadores, tarjetas de EA…).

Para el análisis de averías, es bueno disponer de:

  • Un polímetro a ser posible que disponga de la función de simulación en modo fuente y simulación.
  • Esquemas eléctricos y P&ID.
  • Manuales de equipos.
  • Lista de señales y rangos.
  • Acceso a programación PLC, DCS, PAC.
  • Acceso a SCADA y Terminales de Operación.

Para reparar y dejar el lazo en servicio, es conveniente disponer de:

  • Repuestos.
  • Copias de seguridad.

Seguiremos con nuevas entradas sobre este tema en “Señales Analógicas Cap.5 (Práctica-Parte 1)”.

Saludos!!!!!

Señales Analógicas Capítulo 3

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En las dos entradas anteriores, hemos adquirido unos conocimientos básicos a la hora de trabajar con señales analógicas y ahora vamos a consolidar como se transmite la información en los lazos de corriente.

Para empezar, debemos tener claro la trazabilidad de la señal y la información que transmite. Para ello debemos saber que la señal analógica que genera el instrumento, es proporcional al rango de éste, y para asimilar este concepto y otros vamos a realizar un ejemplo:

Ejemplo de Instrumento a dos (2) hilos de 4-20 mA y 0-100% (unidades de ingeniería).

Este instrumento mide la posición de apertura de una válvula de regulación y como es a 2 hilos, el esquema que utilizaremos para su conexión será el presentado en el Capítulo 2.

LAZO_2HILOSEn el lazo tipo que vamos a usar disponemos de dos tipos de elementos, por un lado los que pueden necesitar una configuración y los que son elementos de paso pasivo:

  • Elementos de paso pasivos: fusibles y protección contra sobretensiones.
  • Elementos Configurables: instrumento, separador galvánico y PLC o PAC.

Estos último deben de transmitir la señal de manera proporcional, aún cuando se convierta de un tipo de señal a otra y deben de mantener la proporcionalidad entre la señal generada y la información que transmite.

Vamos a ver lo comentado en el párrafo anterior, en el ejemplo que nos ocupa:

  • Instrumento que mide la posición de una válvula de regulación. Este equipo genera una señal de 4-20 mA que es proporcional a la posición de la válvula, es decir, cuando ésta se encuentra cerrada (0 %) nos entrega 4 mA y cuando su posición es completamente abierta (100 %) genera 20 mA.
  • Separador Galvánico, en este ejemplo este equipo sólo tienen la función de aislar y no realiza ninguna conversión, por ello debe realizar la transmisión de forma “transparente”, es decir, la intensidad que tenga en su primario, es la que tendrá en su secundario, por ello su configuración será Primario (4-20mA)/ Secundario (4-20 mA), pero configuralo así tiene un pequeño problema, y es que perderíamos la funcionalidad de hilo o bucle abierto, comentada en el Capítulo 1: “Respecto al uso de las señales con un valor inferior distinto a cero (4/20mA, -10V/+10 V, -5/5 V), presentan la ventaja de poder vigilar si se abre el lazo o existe un fallo en la alimentación del mismo”, esta funcionalidad se consigue gracias a que el valor de señal de intensidad bajo es 4 mA y podemos discriminar el cero de unidades de ingeniería  que sería 4 mA con el cero de intensidad (0 mA) que sería el lazo abierto. Por lo anteriomente indicado, si configuramos el separador 4-20 mA/4-20 mA, cuando tengamos lazo abierto en el primario del separador (0 mA), éste truncaría la señal en el secundario a 4 mA y entonces el PLC o PAC no identificaría un lazo abierto, por ello la configuración indicada para no perder esta funcionalidad tan importante en lazos de corriente 4-20 mA, sería Primario 0-20 mA/ Secundario  0-20 mA.
  • PLC o PAC, la configuración de este equipo dependerá de la marca y modelo que usemos, teniendo siempre en cuenta los puntos comentados en los párrafos anteriores, permitir la razonabilidad inferior y mantener la propocionalidad entre la señal eléctrica y las unidades de ingeniería. Por ejemplo, en un PAC ControlLogix de Allen Bradley en una tarjeta 1756-IF16, la configuración para este ejemplo sería la siguiente:

0_100_EA

Ahora vamos a presentar dos fórmulas muy sencilas, pero de gran utilidad a la hora de trabajar con lazos 4-20 mA y unidades de ingeniería sin cero suprimido o elevado, éstas además también se puede usar para lazos 0-20 mA adaptándolas:

  • Fórmula para calcular los mA a partir de las unidades de ingeniería:

fórmula_mAAplicando la fórmula anterior, para los siguientes valores de ingeniería tendremos los siguientes mA:

mA

  • Fórmula para calcular las unidades de ingeniería a partir de los mA:

fórmula_uds_ingAplicando la fórmula anterior, para los siguientes valores de mA tendremos las siguientes unidades de ingeniería:

uds_ing

Para finalizar esta entrada, vamos a hacer un pequeño resumen de las características y configuración de los equipos:

INSTRUMENTO. 2 hilos 4-20 mA y rango de 0-100 %.

SEPARADOR GALVÁNICO. Configurado Primario 0-20 mA / Secundario 0-20 mA.

PAC. 4 mA para 0% y 20 mA para 100% y el rango de entrada de 0 mA a 20 mA.

En la siguiente entrada veremos el análisis y resolución de averías y modos de fallos típicos.

Saludos!!!.

Señales Analógicas Capítulo 2

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En la anterior entrada, vimos los tipos de señales analógicas según la norma ANSI/ISA y los tipos de lazo en función del instrumento, haciendo énfasis en lazos analógicos de corriente.

De los tipos de lazo que vimos en la entrada anterior, el de tres (3) hilos no es muy usado en la actualidad, no obstante es conveniente conocerlo por la existencia de equipos instalados. A lo largo de este artículo intentaremos ver el tratamiento tipo de una señal analógica, éste puede variar en función de los estándares del cliente  y nos centraremos en los dos tipos de lazo más comunes, 2 y 4 hilos.

1. Elementos de un lazo.

Un lazo de una señal analógica, dispone de tres grupos de elementos diferenciados:

  • Instrumento, equipo que genera la señal analógica en función del valor de la variable medida.
  • Tratamiento de señal, dispositivos para la interconexión del instrumento y receptores, éstos además realizan la protección y separación galvánica de los dispositivos.
  • Receptor, dispositivo que recibe la señal para registro, visualización o control de un proceso.

En esta entrada nos vamos a centrar en el punto “Tratamiento de Señal”, que es el que genera mayor confusión a la hora de implementar o mantener señales analógicas.

2. Protecciones contra sobretensiones.

2.1 Instalación con protección “en el lado” del equipo receptor.

El lazo más sencillo, es aquel en el que el instrumento y el receptor se encuentra próximos y no es necesario proteger en ambos extremos contra sobretensiones.

2.2 Instalación con protección “en el lado” del equipo receptor y “en el lado” del instrumento.

Este tipo de montaje se elige, cuando:

  • Hay una distancia considerable entre el receptor y el instrumento.
  • El receptor y el instrumento, no se encuntran en el mismo edificio o armario.
  • Las mangueras de interconexión o los propios equipos pueden estar próximos  a equipos que generen sobretensiones.

Los fusibles ultrarápidos pueden no implementarse, no obstante es conveniente hacerlo, ya que tienen la función de aislar en caso de sobretensión, alargando la vida de las protecciones.

3. Separación Galvánica.

La separación galvánica en los lazos de control, se realiza para:

  • Eliminar el efecto crosstalk.
  • Evitar variaciones de potencial por el lazo de tierra.
  • Protecciones contra sobretensiones.
  • Amplificar lazos con impedancias altas.
  • Reduce problemas con el lazo de tierra, que pueden surgir cuando se dispone de barrera tipo Zéner.

Respecto a la separación galvánica, podemos elegir entre tres opciones a la hora de realizarla:

  • No implementarla, por ahorro de coste o en pequeñas instalaciones de poca entidad a nivel de control.
  • Realizarla en la propia tarjeta de entradas analógicas del receptor, no obstante esta opción presenta el inconveniente que en caso de avería de un canal, la sustitución de la tarjeta completa es más cara, ya que una tarjeta aislada es más cara que una que no dispone de aislamiento.
  • Optar por una tarjeta de entradas analógicas no aislada, y realizar la separación galvánica canal por canal, mediante separadores externos. Esta opción presenta la ventaja de la focalización de respuestos, es decir, si se estropea un separador de un canal, sólo tengo que sustituir éste y si la avería es de la tarjeta de entradas, ésta es más barata que una que dispone de aislamiento.

4. Cables y pantallas.

Las mangueras de interconexión entre el armario de control y los instrumentos serán apantalladas, éstas dispondrán de pantalla general y por pares (cable tipo par-pos):

PAR_POSCable PAR POS

Las mallas, deben de tener continuidad hasta la entrada del separador galvánico y como norma general las mallas sólo se conectará a tierra en uno de los dos extremos, a ser posible en el lado del armario de control. En el interior de armarios y cajas, no es necesario disponer de pantalla general, ya que los pares se separan a la entrada del armario, pudiéndose usar el siguiente cable:

cable_analogicasCable para uso interior de cajas y armarios.

5. Lazo Tipo a 2 Hilos.

  • Para los instrumentos a dos (2) hilos usaremos el siguiente esquema tipo en el lado del receptor (PLC, PAC, registrador..):

LAZO_2HILOSLa alimentación del lazo se puede realizar en el lado del instrumento, no obstante el esquema tipo anterior, presenta la ventaja de agrupar las alimentaciones en el armario de control, ahorrando cableado y facilitando el análisis en caso de avería.

  • En el lado del instrumento:

lado_instrumento

6. Lazo Tipo a 4 Hilos.

  • Para los instrumentos a cuatro (4) hilos usaremos el siguiente esquema tipo en el lado del receptor (PLC, PAC, registrador..):

 LAZO_4HILOS

En estos lazos, los instrumentos son los que generan la alimentación del lazo de corriente, por lo que será necesario llevar una alimentación al equipo.

  • En el lado del instrumento, se realizará igual que en lazo de dos (2) hilos:

lado_instrumento

Saludos!!!!!!

Señales Analógicas Capítulo 1

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Todo Sistema de Control, dispone de señales de E/S Analógicas, con las que se pueden realizar Lazos de Control o simplemente una supervisión del proceso y registro de valores. Éstas suelen presentar a los técnicos de mantenimiento e integradores, mayores problemas a la hora de resolver averías o a la hora de ponerlas en marcha, por ello vamos a intentar a lo largo de varias entradas, dar unas pequeñas indicaciones para ayudar a trabajar con este tipo de señales.

1. Tipos de Señales Analógicas.

Según la norma ANSI/ISA-S50.1-1982(R1992), los tipos de señales reguladas para entornos industriales son:

Señales de Corriente:
  • Rango 0/20mA
  • Rango 4/20mA
Señales de Tensión:
  • Rango -10V/+10 V
  • Rango 0/10 V
  • Rango -5/5 V
  • Rango 0/5 V

Las señales de corriente, son más usadas en la industria, ya que son más inmunes a las caidas de tensión provocadas en las mangueras de interconexión, bornas y dispositivos. Pudiendo llegar a distancias superiores a 1 km.

Respecto al uso de las señales con un valor inferior distinto a cero (4/20mA, -10V/+10 V, -5/5 V) presentan la ventaja de poder vigilar si se abre el lazo o existe un fallo en la alimentación del mismo.

Promass 200 F kompakt seitlich horizontal PGp 001

2. Tipos de Lazos de Corriente.

Existen tres tipos de lazos, en función del tipo de instrumento que usemos para generar la señal analógica, él o los receptores se consideran elementos flotantes en el circuito, ya que la tensión es generada por el instrumento o intercalada en el lazo mediante una fuente de alimentación auxiliar.

2.1 Lazo a dos (2) hilos.

Este circuito es el más sencillo de implementar, ya que sólo requiere de dos hilos hasta el instrumento, sin embargo la electrónica del instrumento es más compleja.

lazo2hilos

2.2 Lazo a tres (3) hilos.

Este lazo dispone de dos hilos para alimentar la electrónica del instrumento y un tercer hilo para generar la corriente en el lazo.

lazo3hilos

2.3 Lazo a cuatro (4) hilos.

Este lazo necesita dos hilos para alimentar el instrumento y otros dos para generar la corriente en el lazo.

lazo4hilos

Todos los instrumentos, son sensibles a impedancias altas en los circuitos, teniendo un valor máximo a partir del cual, podemos tener un funcionamiento indeseado y aparecer errores en la transmisión de la señal. Por ello, es aconsejable en la puesta en marcha de un bucle, medir la impedancia del lazo y verificar que no supera los 750 ohmios, este valor es aconsejable, ya que los instrumentos suelen soportar valores superiores.

Seguimos en la siguiente entrada “Señales Analógicas Capítulo 2”.

Saludos!!!!!