LA ETERNA DISCUSIÓN ENTRE LOS UNOS Y LOS CEROS EN SEÑALES DIGITALES.

1. ¿CUÁL ES EL PROBLEMA?

2. ¿CÓMO PODEMOS EVITAR ESTO?

3. ¿QUE SE QUIERE, QUE SUCEDA (O SE INTERPRETE), CUANDO EL VALOR LÓGICO DE LA SEÑAL ES “1” O “0”?

4. ¿CÓMO SE DEBE REPRESENTAR Y QUE DESCRIPCIÓN DEBE ASOCIARSE A LA SEÑAL?

4.1. “Estado de reposo de un equipo”

4.2. “Funcionamiento normal de un equipo”

4.3. Dos ejemplos típicos problemáticos

4.4. Descripción de la señal en el lado que se recibe la señal

4.5. Descripción en el lado que se genera la señal

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Nota: Aviso a navegantes!!! Lo que se explica en este artículo requiere paciencia y reflexión. A continuación, se exponen unos conceptos, que todo ingeniero de instrumentación, debería tener claros, o al menos haber reflexionado sobre ellos.

1. ¿CUÁL ES EL PROBLEMA?

En muchas de las señales digitales, se repiten las mismas preguntas durante las distintas fases de un proyecto.

-¿Esta señal digital tiene que estar en estado “1” o en estado “0”…

-¿En la descripción de la señal debe indicar “alarma” o “no alarma”…?

-¿Cómo tiene que representarse en los esquemas de cableados. Con el contacto cerrado, abierto, ambos…?

-...

En todos los proyectos, un porcentaje muy elevado de señales intercambiadas entre sistemas son mal cableadas.

Los errores de cableado suponen, un peligro potencial para los equipos y personal involucrado en el comisionado, un sobrecoste durante la puesta marcha de los sistemas (cambiando sobre la marcha, los cableados o la lógica) y un sobrecoste de ingeniería al implementar los cambios en las revisiones  as-built.

Lo curioso es que, estos errores se repiten sistemáticamente proyecto a proyecto.

Las dudas a resolver en cada caso son tres:

1º- ¿Qué se quiere que suceda (o se interprete), cuando el valor lógico de la señal es “1”, y que se quiere que suceda (o se interprete), cuando el valor lógico de la señal es “0”?

2º- ¿Cómo se debe representar esto en un diagrama de cableado?

3º- ¿Qué descripción le vamos a poner a  la señal en los planos cableados y en los listados de señales y alarmas?

2. ¿CÓMO PODEMOS EVITAR ESTO?

Como contestación sencilla a esta pregunta diría: “Estableciendo un criterio”

Nota: El problema es cuando cada uno tiene el suyo.

En esta presentación se propone un criterio, pero en cada proyecto se debe elegir uno, y no tiene porqué ser este exactamente.

Estamos hablando de como intercambiar señales digitales entre dos, por lo que tenemos que tener presente que mínimo intervienen dos entes. Uno será el originador de la señal y otro será el receptor de la señal.

3. ¿QUE SE QUIERE QUE SUCEDA (O SE INTERPRETE), CUANDO EL VALOR LÓGICO DE LA SEÑAL ES “1” O “0”?

Para resolver esta cuestión solo tenemos que acudir a las recomendaciones que nos da la ISA sobre lo que se denomina “diseño seguro”.

Hay dos opciones de error en una señal digital:

1ª- Recibimos un “0” cuando debería ser “1” (ejemplo en cables cortados)

2ª- Recibimos un “1” cuando debería ser “0” (ejemplo en cables en corto o puenteados)

De estas dos opciones se ha estudiado que la más probable que suceda es la primera (“0” cuando debería ser “1”). Esto podría suceder ante circunstancias como: cable cortado, terminal suelto, fallo alimentación eléctrica…

Por lo que, ante las posibles errores que pueden suceder, y como norma general, tendremos más situaciones en las que recibiéremos un “0” que las que recibiremos un “1”. 

Por ello (como norma general y sin entrar en casos especiales) demos asociar, el estado de “0”, a la situación más desfavorable, aunque dicho valor medido sea un error.

Por ejemplo:

-Si tenemos un flotador en un tanque, que genera una señal digital de nivel alto de agua, alertando al operador de que el tanque está demasiado lleno de agua.

Si tras hacer un análisis, hemos llegado a la conclusión de que, en caso que el instrumento nos dé un error, preferimos que nos diga que hay nivel alto de agua, a que nos indique que no hay agua y no actuemos. Por los criterios de diseño seguro, configuraremos la señal de forma que, consideremos que el estado “1” es que no hay nivel alto de agua y todo está bien; pero cuando se reciba “0”, se generará una alarma de alto nivel (haya o no, nivel alto).

Según lo expuesto se presenta la siguiente tabla, a modo de ejemplo:

Nota: Algunos sistemas (principalmente sistemas de seguridad, como en centralitas contra incendios), en ciertas señales digitales críticas se instalan resistencias en paralelo (de alto valor), o en serie (de bajo valor), o ambas; en el origen de la señal.

Esto permite a ciertas tarjetas de entradas especiales,  detectar si el cable ha sido cortado, o se ha quedado cortocircuitado, cualquier de estas situaciones será percibidas por el control reaccionando ante dichas situaciones.

La presencia de estas resistencias hace que se tenga que replantear los criterios de “diseño seguro” en cada proyecto, bajo ciertas circunstancias especiales. Cuidado este comentario se desvía de lo que se quiere exponer en este artículo, aconsejo al lector que lo anote solo como una curiosidad.

4. ¿CÓMO SE DEBE REPRESENTAR Y QUE DESCRIPCIÓN DEBE ASOCIARSE A LA SEÑAL?

Antes de resolver esta cuestión tenemos que distinguir entre dos conceptos, que originan muchos errores en cableados de plantas industriales: “Estado de reposo de un equipo”, “Funcionamiento normal de un equipo”. Aunque parezca lo mismo y en algunos casos ambos estados coincidan, veremos que no siempre será así.

4.1. “Estado de reposo de un equipo”

Cuando nos referimos al estado de reposo de un equipo nos estamos refiriendo al estado del equipo sin ser accionado, energizado o excitado.

Por entender mejor este concepto, se puede imaginar que sería más o menos, el estado del equipo según lo sacamos del envoltorio, sin conectarlo aún a nada.

IMPORTANTE: “La representación de los esquemas eléctricos de los equipos, siempre debería de reflejar el equipo en su estado de reposo.”

Por ejemplo:

Nota: En todos los unifilares eléctricos, se dibujan los equipos en su estado de reposo, en ellos se puede ver como se representan los interruptores y magnetotérmicos siempre abiertos.

4.2. “Funcionamiento normal de un equipo”

El funcionamiento normal del equipo representa el estado del equipo (en la mayor parte del tiempo) una vez se ha instalado en el proceso.

En algunas ocasiones el estado de “funcionamiento normal” no coincidirá con el “estado de reposo” (antes descrito)

IMPORTANTE: “La representación de los esquemas eléctricos de los equipos, no depende de su funcionamiento normal (depende exclusivamente de su estado de reposo), pero veremos que el estado de funcionamiento normal, será importante para cablear correctamente las señales.”

Por ejemplo:

-El “funcionamiento normal” de un magneto-térmico es que esté cerrado, y que la energía esté disponible. Sin embargo antes habíamos establecido que el “estado de reposo” de un magneto-térmico será que esté abierto. NO COINCIDE

 -El “funcionamiento normal” de un interruptor de alto nivel de agua, es que este sin agua (desactivado), y el “estado de reposo” de un interruptor de alto nivel de agua es que esté sin agua (desactivado)  COINCIDE

-El “funcionamiento normal” de un interruptor de bajo nivel de agua, es que este con agua (activado), y el “estado de reposo” de un interruptor de bajo nivel de agua es que esté sin agua (desactivado)  NO COINCIDE

Tabla ejemplo:

4.3. Dos ejemplos típicos problemáticos

Ejemplo 1º-Cablear un interruptor de alto nivel y bajo nivel.

Imaginemos que instalaremos dos interruptores en un tanque. Uno para de alto nivel para evitar reboses, y otro de bajo nivel que nos protegerá las bombas que aspiran del tanque.

Realmente ambos equipos podrían ser iguales, la diferencia está en que uno lo instalaríamos en la parte superior del tanque y el otro en la parte inferior.

Pero como es el mismo equipo el suministrador nos dará el mismo esquema eléctrico que corresponderá al estado de ambos en reposo.

Por un lado según lo visto en este artículo, siguiendo las recomendaciones de diseño seguro, queremos que:

Por lo que ya tenemos claro cuando queremos un uno y cuando un cero.

La representación en lo diagramas eléctricos corresponderá al estado de reposo, por lo que en el esquema dibujaremos:

Pero “cuidado” si pensáramos en su estado en funcionamiento normal, haríamos la siguiente representación:

El cableado adecuado de estos equipos será:

Ejemplo 2º-Cablear los finales de carrera de una válvula a fallo cierra.

4.4. Descripción de la señal en el lado que se recibe la señal

La descripción de la señal en el lado que se recibe la señal. Debe ser la descripción de la acción ante el estado “1”.

Queremos decir: “¿Qué pasa cuando recibimos un “1”? à Esa será la descripción de la señal.

En el caso del ejemplo de los switches de nivel alto y nivel bajo, según la tabla que establecíamos que cuando el receptor recibe un “1”, el nivel está correcto. Por lo que diríamos que el nivel no está ni alto ni bajo.

Nota: No es lo mismo una señal cableada, que la señal de alarma generada por una señal cableada. (Son dos registros distintos que deben tener códigos o nombres diferentes)

Y por otro lado, se debe distinguir entre la descripción de la señal cableada, y la descripción de la alarma que genera una señal cableada.

Una alarma nunca debe llamarse “No bajo nivel” ni nada parecido. Es muy importante que "LA DESCRIPCIÓN DE LAS ALARMAS DESCRIBAN DE FORMA DIRECTA Y CLARA SU SIGNIFCICADO".

Por ejemplo, la señal cableada antes descrita como "No alto nivel", podría generar una alarma cuando la señal de "No alto nivel" permanece desactivada (estado "0" = contacto abierto) durante más de 3 segundos. Y esa alarma se llamaría "Alto nivel del tanque...".

Lo mismo aplica a las señales comunicadas que puedan generar señales de alarma en los sistemas de control.

4.5. Descripción en el lado que se genera la señal

No podemos aplicar el mismo criterio que antes (descripción en el lado que se recibe la señal), entre los motivos están que en muchas ocasiones quien genera una señal, no se deja un solo contacto. Por ejemplo, en el caso de los switches de nivel, tenemos un contacto “SPDT” (con un común, un normalmente abierto y normalmente cerrado).

La descripción del equipo no debería de depender de que alguien decida cablear uno u otro contacto. Recomendamos que la descripción del equipo, sea la descripción de la acción cuando el equipo “no está en estado de reposo” (el estado de reposo ha sido descripto en puntos anteriores). Este criterio evita que tener revisar las descripciones de las señales de los equipos tras decidir si conectaremos al normalmente abierto o al normalmente cerrado.

Por ejemplo, en los switches de nivel alto o nivel bajo, como realmente se tratan del mismo instrumento, la descripción del equipo debería estar al margen de que se decida cablear el normalmente abierto o el normalmente cerrado. El equipo se activa cuando detecta nivel, por lo que su descripción debería ser:

Aunque esto parezca muy enrevesado, en la práctica se resume así: “cuando una señal está conectada al normalmente abierto, la descripción coincide en ambos lados” (caso de bajo nivel), “pero cuando la señal está conectada al normalmente cerrado, la descripción es distinta en cada lado” (caso de alto nivel).

A continuación se indican algunos ejemplos de cableado con diseño seguro, se ha indicado como recomendamos representarlo en el wiring y como debemos representarlo en el lado del equipo que recibe la señal:

Nota: Para sobrevivir en un mundo tan competitivo como es la ingeniería, es imprescindible mejorar la calidad de nuestro trabajo día a día.

Un punto de partida para mejorar la calidad, es evitar los errores sistemáticos (como los expuestos en este artículo). 

 

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Elaborado por: Julio César Fernández Losa 02/04/2016

Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:

InstrumentacionHoy@gmail.com