Presentación 7 Sistemas de Control

Diplomado en Tecnología y Gestión del Petróleo y Gas Natural

Instrumentación y Control de Procesos

Unidad 7Sistemas de Control Ing. Nelson Yañez

Unidad 7

» Control local» Control Remoto» Control automático» Sistemas de ESD

Instrumentación y Control de Procesos

El Éxito de un Sistema de Control depende de algunos aspectos como:

Planta, i.e. el proceso a controlar • Objetivos • Sensores • Actuadores • Comunicaciones • Procesamiento• Arquitectura e interfaces • Algoritmos • Determinar los disturbios y las incertidumbres

Sistemas de Control Local

Los Sistemas de Control han nacido por el esfuerzo de mejorar la calidad, reducir los desperdicios, reducir los impactos medioambientales, mejorar la productividad con los recursos dados, reducir los costos de producción así como el de mejorar la seguridad.

La PlantaLa distribución física de una planta es una parte intrínseca del problema de control. Por lo tanto un ingeniero de control necesita estar familiarizado con la “física” del proceso bajo el estudio. Esto incluye un conocimiento rudimentario del balance de energía básico, balance de masa y el flujo de material dentro el sistema.


ObjetivosAntes de diseñar sensores, actuadores o la arquitectura del control, es importante tener claro cual es el objetivo, esto con la finalidad de poder formular los objetivos que perseguirá el sistema de control, esto incluye: Que se quiere lograr (reducción de energía, incremento de la productividad, ..), que variables necesitan ser controladas para lograr el objetivo y que nivel de desempeño se necesita (exactitud, velocidad, ..)

SensoresLos Sensores son los ojos permitiéndonos a ver que es lo que esta pasando, ósea que una de las cosas que siempre se dicen es:

Si puedes medirlo, puedes controlarlo.

ActuadoresEl sensor esta puesto en el lugar de los hechos para reportar el estado de un proceso, entonces el siguiente punto es como actuar para afectar o cambiar lo que está ocurriendo dentro del sistema para llevarlo al estado que deseamos. Un Sistema de Control típico normalmente tendrá varios sensores y varios actuadores.


ComunicaciónPara interconectar los sensores con los actuadores, involucra el uso de un Sistema de Comunicación. Una planta típica puede tener cientos de señales separadas a ser enviadas a grandes distancias. Entonces el diseño de un Sistema de Comunicación y sus protocolos asociados es de una creciente importancia en el la Ingeniería de Control Moderna.


ProcesamientoEn Sistemas Modernos de Control, la conexión entre sensores y actuadores es invariablemente efectuada mediante algún tipo de procesador. Por lo tanto el procesador es un aspecto necesario sobre todo el diseño. Actualmente los Sistemas de Control utilizan una variedad de equipos de procesamiento incluyendo dispositivos como los DCS (Distributed Control Systems), PLC's (Programmable Logic Controllers), PC's (Personal Computers), etc.

Arquitectura e Interfaces El tema de que conectar con que no es tan trivial en el diseño de un Sistema de Control. Uno podría pensar que la mejor solución será siempre el traer todas las señales a un punto central para que cada acción de control se base en una información completa (llegando a lo que llaman control centralizado). Sin embargo, esta solución es raramente la mejor solución en la practica. De hecho hay muy buenas razones por las cuales uno no quiera llevar todas las señales a un punto común. Objeciones obvias como la complejidad, el costo, restricciones de tiempo en el procesamiento, mantenimiento y la fiabilidad del sistema son algunas.


AlgoritmosFinalmente, llegamos al corazón de la ingeniería de control, el algoritmo que conecta el sensor con el actuador. Para todos es fácil subestimar este parte del problema.Como un ejemplo, consideremos el problema de tener que jugar tenis a un nivel internacional. Uno puede aceptar que se necesita buena vista (sensores) y músculos fuertes (actuadores) para jugar el tenis a ese nivel, pero también sabemos que esos atributos no son suficientes. De hecho la coordinación de los ojos con la mano es crucial (control) para lograr jugar bien.

En resumen:

Los Sensores proveen la visión y los Actuadores los músculos pero la ciencia del control provee la sutiliza.


Determinar los disturbios y las incertidumbres Una de las cosas que hacen que la ciencia del control se interesante es que los sistemas de la vida real son accionados donde existe ruido e disturbios externos. Estos factores pueden tener impactos significativos sobre el desempeño de los sistemas. Como ejemplo los aviones son afectados por los vacíos de aire y las tormentas, los vehículos necesitan tener un diseño para distribuir sus cargas dependiendo de los diferentes caminos las subidas y bajadas.

Homogeneidad del Sistema

Por ultimo recordar que el sistema es tan bueno como lo es el elemento más débil que tengo dentro.

Sistemas de Control Remoto

Sistemas de ESD

Sistemas de ESD

CONCEPTUALDISEÑO DEL PROCESO

SE REQUIERESIS

MODIFICARO DECOMISIONAR

REALIZAR ANALISIS DEPELIGRO Y RIESGO

APLICAR NIVELESNO INSTRUMENTADOS

(NON SIS)

DETERMINARREQUERIMIENTOS DE

SEGURIDAD

DISEÑO CONCEPTUALSIS

DESARROLAR EL DISEÑOCOMPLETO DEL SISTEMA

ESD

INSTALACION DEL SISY EL COMISIONADO

ESTABLECER PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

PREARRANQUE, OPERACIÓNMANTENIMIENTO Y PRUEBAS

MANTENIMIENTOY PRUEBAS

DECOMISIONARSIS

DEFINIIR EL OBJETIVOSIL

NO

SI

MODIFICAR

La norma IEC 61508 establece, para todo tipo de equipamiento eléctrico o electrónico relacionado con Sistemas de Seguridad, 4 rangos críticos para lo que se ha definido como Nivel de Protección de la Integridad (en inglés, Safety Integrity Level o SIL), cada uno de los cuales representa, en relación con el riesgo específico del proceso a ser protegido, la probabilidad de falla (en demanda) del Sistema SIS encargado de protegerlo.Esta probabilidad dependerá del tipo de equipamiento utilizado como así también de su diseño operativo, su programación y, en particular, su cobertura de diagnóstico. El cuadro a la izquierda (simplificado) es meramente indicativo y sirve para recordar que los riesgos a considerar en la elección de un Sistema SIS apropiado, están vinculados con el tipo de proceso, la instalación y la operación del proceso a ser protegido, teniendo en cuenta por sobre todas las cosas, la vida de las personas involucradas.Para tener una idea del grado de probabilidad de falla que se espera de un Sistema SIS, digamos que SIL 2 significa una probabilidad de falla en demanda inferior a 0,01. Si pensamos que un PLC standard tiene una probabilidad de falla en demanda del 50% (0,5), vemos claramente que esto lo sitúa por debajo del nivel SIL 1.

Sistemas de ESD

A fin de claramente diferenciar a los controladores de seguridad SIS de los PLCs, la norma IEC 61508 los llama PES o Programmable Electronic (Safety-related) Systems.Esta sutil diferenciación nominativa tiene el específico propósito de alertar a los usuarios respecto de la diferencia esencial entre un PLC convencional, no recomendado para aplicaciones SIL 1 y absolutamente prohibido para aplicaciones con riesgo SIL 2, 3 ó 4, y un PES.Los PES (utilizados en los SIS), poseen estructuras internas complejas con “diversidad”, “redundancia”, “diagnóstico de alta cobertura” y funcionamiento definitivamente “fail-safe” es decir, que ante una falla interna, el Sistema queda siempre en Condición Segura. En aplicaciones muy específicas (Sistemas BMS y ESD, por ejemplo), los usuarios están obligados por las Normas y Compañías de Seguros a estar acompañados y garantizados por “approvals” de organismos internacionales (como FM y TÜV), que certifiquen su Nivel de Seguridad SIL.

Sistemas de ESD

PES familia PSS de Pilz, certificados para aplicaciones SIL3 del tipo Failsafe de-energize-to-trip

PES de ICS TRIPLEX, Fault Tolerant Technology para aplicaciones SIL3 de los tipos Failsafe/Fault Tolerant de-energize/energize-to-trip

Sistemas de ESD

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