Al final, no os preguntarán qué habéis sabido, sino qué habéis hecho (Jean de Gerson)

APLICACIÓN DE UN PID

 3. APLICACIÓN DE UN PID
3.1 ¿Qué es un PID?
3.2 ¿Para que sirve?
3.3 Aplicación de un PID
3.4 Ajuste de la acción "proporcional", "integral" y "derivada"
3.5 Que otras funciones tiene un PID industrial
3.6 Set-Point
3.7 Proceso
3.8 PID de acción directa o de acción inversa
3.9 Tracking con otro PID
3.10 Inhibir cálculo


Funcionamiento de un PID
3. APLICACIÓN DE UN PID

3.1 ¿Qué es un PID?


El "PID" es un algoritmo, una función matemática que podemos configurar en un controlador (por ejemplo en un PLC o en un SCD).

El PID es seguramente la función más simbólica de la regulación industrial.

3.2 ¿Para que sirve?

De forma sencilla este bloque nos permite lograr alcanzar el valor que queremos, actuando sobre el proceso y corrigiendo el error medido en cada instante.

3.3 Aplicación de un PID

Imaginemos que tenemos a los sobrinos celebrando una fiesta en el jardín y les hemos puesto una piscina de plástico para que nos dejen tomarnos unas cervecitas tranquilos.


Pero un niño (cabrón) nos pincha la piscina y empieza a perder un poco de agua.


PID InstrumentacionHoy

No podemos dejar que la piscina se vacíe, porque si se enteran nuestros sobrinos se pondrían a llorar.

Así que, para mantener el nivel hemos puesto a nuestro cuñado a un lado de la piscina a arreglar el agujero.


Como no deseamos que la piscina se quede sin agua, mientras lo arregla nos hemos puesto por otro lado con una manguera conectada a un grifo.

Abriendo y cerrando el grifo, intentamos mantener el nivel de agua en la piscina.


Función PID

Si abrimos mucho el grifo, el nivel de agua subirá, pero si lo cerramos demasiado, el nivel descenderá, y no podemos dejarlo fijo, porque no sabemos qué está haciendo el cuñado.

No nos queda más remedio, que vigilar el nivel, y en función de las variaciones que percibimos, abriremos o cerramos más el grifo.

Esto que nuestra cabeza realiza intuitivamente, es lo que en automática industrial llamamos “PID”.

3.4 Ajuste de la acción "proporcional", "integral" y "derivada"

Esta función consta de tres partes: "Proporcional - Integral - Derivada"

La acción proporcional “P”, corrige el error de nivel de agua en el presente (Error = (El valor que se desea de nivel) – (El valor de nivel de agua que tenemos))

La función integral “I”, corrige el error basándose en los resultados del pasado. Si por ejemplo llevamos mucho tiempo con un nivel de agua bajo, sin que el error se termine de corregir, la acción integral irá incrementando, solicitando la apertura de la válvula del ejemplo.

La función derivada “D”, corrige el valor prediciendo el futuro. Si por ejemplo de repente el valor empieza a subir o bajar bruscamente. Se intuye que se debe actuar rápidamente sobre la válvula, aunque el error no sea aún grande. Está intuición sobre lo que va a pasar en el futuro debido a un cambio brusco del proceso, matemáticamente lo realiza la acción derivada.

Los PID, tienen configurado unos valores, para cada una de estas acciones “P” proporcional, “I” integral o “D” derivada. Al cambiar estos factores, se puede ajustar, intensificando la acción de cada función.

Si estos parámetros no están ajustados correctamente, puede que el PID no consiga corregir el error.

Por ejemplo, si la acción proporcional es muy alta, ante cualquier variación proceso, la respuesta del PID podría ser desmesurada, generando una oscilación en el proceso, que no se podría corregir.

Si por otro lado, la acción proporcional es muy baja, el PID podría ser demasiado lento, y no podría corregir a tiempo el error.

Para poder ajustar esto adecuadamente, se puede habilitar desde el SCADA (en las pantallas de operación de la planta industrial),  la configuración de estos parámetros en algunos de los PID.
 
Nota: Cuando hablamos de ajustar el valor de la acción proporcional, integral o derivada de un PID. Cada fabricante de sistemas de control (SIEMENS, EMERSON, ABB...), tiene diferente criterios de cara a establecer el valor de ajuste.
 
Por ejemplo, para un fabricante, aumentar el valor integral podría ser establecer un valor entre "1" y "0". A mayor valor integral más próximo a 0.
 
Sin embargo, para otro fabricante, aumentar la integral podría suponer establecer un valor más alto de "1", por ejemplo "100".
 
Por ello antes de establecer un valor en la acción proporcional, integral o derivada. Se aconseja:
 
Primero, estudiar el manual del fabricante que explique la función que está programada. 
 
Segundo, intentar simular el lazo, para comprobar que los valores que hemos establecido son adecuados.
 
Un ingeniero de instrumentación y control, debe entender y saber que tiene un PID por dentro, para poder ajustarlo adecuadamente cuando sea necesario. No obstante algunos de los PID configurados en las plantas industriales, funcionan con los valores que tiene predeterminados por defecto.

Si por ejemplo, quiero controlar por ejemplo el nivel de un tanque al 75%, con una válvula de control, sólo habría que configurar el siguiente bloque en la lógica.
aplicación de un PID

Nota: 

¿Qué es la derivada de un función? 

Es la pendiente, la inclinación. La velocidad con la que está subiendo o bajando, por eso la derivada nos ayuda para predecir el futuro.

¿Qué es la integral de una función?

Es suma del área, por eso la integral nos ayuda para evaluar el pasado.

integral y derivada en control procesos

Nota: Muchos instrumentistas ( todos los que he conocido), ajustan los PID a ojimetro.

Primero establecen un valor de acción proporcional adecuado que haga que el lazo no se mueva ni muy rápido ni muy lento. Pero, si sólo tenemos acción proporcional, es posible que nunca lleguemos a lograr un 0% de error. Por lo que despues se tendrá que añadir acción integral (la función que piensa en el pasado).

Si queremos que el PID corrija el error, tras ajustar el valor proporcional, se establecerá un valor adecuado de acción integral.

Si ponemos un valor bajo de acción integral, tardaremos mucho en alcancar el valor deseado. Y si ponemos un valor alto de acción integral generaremos una respuesta oscilante, que puede hacer que nuestra salida no se estabilice nunca.

 La mayoría de lazos, no se establece (o apenas se establece) acción derivada. En muchas ocasiones, la acción derivada (piensa en el futuro) y vuelve al control muy nerviso, produciendo una respuesta oscilante y fastidíandonos el lazo de control. Por ejemplo, puede que para el control de nivel de un depósito, o el control de un by-pass de turbina, sea suficiente, con configurar una acción proporcional y integral adecuada.

 Sin embargo, en la práctica si que me he encontrado sistemas donde fue necesario establecer una alta acción derivada. Por ejemplo, al controlar un sistema que tenga mucha inercia.

Estaba ajustando el control de una turbina especial, que disponía de un gran volante de inercia, y la acción derivada nos permitío vencer dicha inercia. En cuanto, la velocidad empezaba a aumentar o disminuir, rápidamente el sistema respondía en dirección opuesta (pensando más en el futuro que en presente).

3.5 Que otras funciones tiene un PID industrial

Prácticamente todas la ingenierías trabajan con el mismo PID, de esta forma resulta más sencillo poder colaborar unos con otros.

Los PID utilizados en lógicos de control, suelen disponer de 5 entradas. En función de cada aplicación se usarán todas o solo algunas de estas entradas.
 


Función PID



3.6 Set-Point

SP”: Set-Point, es una señal de entrada analógica.

La función de esta entrada es introducir la consigna. Dicho de otra forma, es el valor que deseamos mantener.

En el ejemplo de la piscina, el “SP”, es el nivel de agua que nos gustaría mantener. Por ejemplo, el 75% de su capacidad.

Nota: En este ejemplo, el Set-point es fijo, pero en otras ocasiones podría variar en función de los requerimientos del proceso.

Control de PID

3.7 Proceso

PV”: Proceso, es una señal de entrada analógica.

 Representa el valor de proceso, es el valor medido con los instrumentos.

 En el ejemplo, es el valor de nivel de agua que están captando nuestros ojos. Por ejemplo, podrían estar viendo que la piscina está al 60%.

PID instrumentacion y control

Un “PID” habitual, solo necesita saber estas dos entradas, “SP” (que queremos) y “PV” (que hay). En base a estos datos, la función PID, calculará el error, e intentará corregir el proceso, actuando sobre la señal de la salida. En el ejemplo, la salida es el control del grifo de agua (abriéndolo o cerrándolo).

Instrumentación y control PID

3.8 PID de acción directa o de acción inversa

Los PID se pueden configurar, de acción directa o de acción inversa. En este ejemplo, la acción del PID es de acción inversa (más baja el nivel de la piscina, más abrirá la válvula).

Si por ejemplo en lugar de controlar el nivel de la piscina con la válvula de llenado, se tuviera que controlar el nivel con la válvula de drenaje, el PID que necesitaríamos sería de acción directa (más baja el nivel de la piscina, más tendríamos que cerrar la válvula).
PID acción inversa acción inversa


3.9 Tracking con otro PID

 El resto de entradas de los PID industriales, son para aplicaciones más particulares: “TR” y “TS”

 “TR” es una señal de entrada analógica y “TS” es una señal de entrada digital.

 Estas dos señales permiten controlar la opción de “tracking”.

 El “tracking”, se usa cuando el “PID” pierde el control del sistema (por ejemplo por un paso a manual o porque otro “PID” coge el control del lazo).

En nuestro ejemplo, imaginemos que llega un tercero y nos quita la mano del grifo. Si no detenemos el cálculo del PID, (como nuestro PID seguirá calculando), cuando nos devuelvan el control del grifo, podríamos producir un cambio brusco, inestabilizando el proceso.

PID control de procesos

Para evitar esto se usa el “tracking”. Para activar el modo "tracking", lo primero es poner a “1” la señal digital “TS”.

Con el modo tracking activado, el PID no está calculando, simplemente reproduce la misma señal que le entra por la señal analógica “TR”.

“TR” Será la señal de salida generada por la función que tenga ahora el control.

PID I&C

De esta forma, cuando se recupere el control del grifo, primero desactivaremos la señal "TS"=0, y nuestro PID volverá a trabajar, calculando desde el punto donde lo dejó "Bob Esponja".

3.10 Inhibir cálculo

 “INH”: Es una señal digital de entrada, que detiene el cálculo del PID, manteniendo la última salida con un valor fijo.

En nuestro ejemplo, imaginemos que por un momento, perdemos de vista la piscina, por lo que la señal de proceso se vuelve 0%. En este caso, puede ser conveniente, inhibir el cálculo del PID, hasta recuperar la vista.

Funcionamiento PID

Nota: En este artículo se pretende explicar que más allá de las ecuaciones que se enseñan en la universidad, un "PID" es algo sencillo, que todos podemos utilizar.

En los procesos industriales nos encontraremos con problemas reales, y debemos usar las fórmulas y nuestro ingenio para solucionarlos. Tras analizar el problema en algunos casos aplicaremos un PID.
 



Elaborado por: Julio César Fernández Losa 17/04/2016 
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a: 
InstrumentacionHoy@gmail.com

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

Instrumentación y control

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.

bornas para monitorización de señal


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...".

Alarma lógica de control

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:


cableado diseño seguro

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

FUNCIONES LÓGICAS PARA DISEÑAR EL CONTROL (3ª parte)

3. FUNCIONES LÓGICAS
 3.1. Introducción a las puertas lógicas
 3.2. Puertas “AND”
 3.3. Puertas “OR”
 3.4. Puertas “NOT”
 3.5. Biestables
 3.6. Puertas pulso
 3.7. Temporizadores y retardos
 3.8. Detección de máximo y mínimo
 3.9. Funciones el mayor o el menor valor
 3.10. Funciones salida condicionada
 3.11. Función gráfica
 3.12. PID


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3. FUNCIONES LÓGICAS PARA DISEÑAR EL CONTROL

 Funciones lógicas para control

3.1. Introducción a las puertas lógicas

Hay muchos lenguajes de programación, para expresar la lógica de control: lenguaje de contactos, funciones, diagramas de secuencia, etc.

En los softwares de programación de PLC y controladores, normalmente cada programador puede elegir el sistema que más le guste, y lo mismo ocurre durante la elaboración de este documento por parte de las ingenierías.

Aunque hay normas y recomendaciones de cómo representar las lógicas de control, cada ingeniería, seleccionará el tipo de representación y simbología que mejor se adecue a sus necesidades.

En los documentos de la lógica de control, se suelen incluir en las primeras páginas, un plano en el que se muestra y se explica, toda la simbología que se utilizará. En este artículo, a modo de ejemplo, se explicara la lógica, usando algunos de los bloques funcionales más utilizados.

3.2. Puertas “AND”

Las puertas “AND”, son funciones lógicas para señales digitales (solo pueden valer, “1” ó “0”).

Estas funciones, pueden tener todas las entradas que se necesiten y una sola salida.

El valor de la salida es igual al producto de las entradas. (Es decir: tienen que ser todas “1” para que la salida sea “1”, mientras no sea así la salida valdrá “0”)

Puerta AND control plantas

Por ejemplo, este tipo de puerta, será muy utilizada cuando configuremos un permisivo de marcha de un motor o de cualquier otro equipo.
En la lógica de control, nos podrían indicar por ejemplo, el motor tendrá permisivo de marcha cuando se cumpla que: tengamos nivel mínimo de agua,  el sistema eléctrico esté OK, y (“AND”) el motor esté disponible.
puerta AND como permisivo

(Se usa una puerta “AND”, porque se tienen que cumplir todos los requisitos, para disponer de permisivo de marcha)



3.3. Puertas “OR”



Las puertas “OR”, son funciones lógicas para señales digitales (solo pueden valer, 1 ó 0).


Pueden tener todas las entradas que se necesiten y una sola salida.


El valor de la salida es igual a la suma de las entradas. (Es decir: tienen que ser todas “0”, para que la salida sea “0”, mientras no sea así la salida valdrá “1”)
Puerta OR control
Por ejemplo, este tipo de puerta será muy utilizada cuando configuremos un disparo de un motor o de cualquier otro equipo.
En la lógica de control nos podrían indicar por ejemplo, el motor disparará cuando: tengamos nivel muy bajo de agua,  el sistema eléctrico esté en fallo, o (“OR”) el motor no esté disponible.
Puerta OR disparo
(Se usa una puerta “OR”, porque cualquiera de los requisitos disparará el motor)

3.4. Puertas “NOT”

Las puertas “NOT”, son funciones lógicas para señales digitales (solo pueden valer, 1 ó 0).
Solo tienen una entrada y una salida.

El valor de la salida es el inverso de la entrada. (Cuando la entrada vale “1” -> la salida valdrá “0”, y cuando la entrada valga “0” -> la salida valdrá “1”)

Las puertas “NOT” se representarán de dos maneras:

1º- Como funciones independientes.

Puerta lógica NOT

2º- Asociadas a cualquier otra función, poniendo un redondel en la entrada o salida que se desea invertir (o negar).
Representación puerta lógica NOT

3.5. Biestables

Los biestables tienen dos entradas (SET, RESET) y una salida.
Estás funciones tienen memoria, su valor dependerá del estado de las entradas y de su estado anterior.
Representación biestable

 
Si por ejemplo, el biestable tiene el valor lógico “0” en la salida, mientras la entrada “SET” se mantengan en ”0”, la salida permanecerá valiendo el estado que tenía (en este caso“0”).

Lógica biestable

Cuando el “SET”, se ponga a uno, mientras el RESET se mantenga en “0”, el biestable cambiará de estado y pasará a valer “1”.

Control con biestables
El biestable mantendrá el valor de "1" aunque el SET se vuelva a poner “0”.

Control biestable

 El biestable volverá a valer “0” cuando el RESET  valga “1”.
Tabla de la verdad biestable

Nota: Los biestables, pueden tener preferencia al SET, o preferencia al RESET. La preferencia, será el estado que obtendrá la salida en el caso de que ambas entradas estén activadas. Para indicar la preferencia en este artículo, subrayaremos el texto de la señal que tiene preferencia.

Biestable preferencia al SET

No obstante, mejor que usar la preferencia, en muchos casos, lo más conveniente, es configurar la lógica de forma que, cuando la señal de RESET esté activada, no pueda estar activado el SET (o viceversa). Como en el siguiente dibujo.

Biestable preferencia al RESET


Preferencia al SET

3.6. Puertas pulso
Esta función tiene una entrada, una salida y un tiempo “t” que debemos definir (ejemplo t=2 seg.).
La salida solo se activara durante un determinado tiempo (prefijado), cuando la entrada pasa de valer “0” a valer “1”.

Puerta lógica pulso

Usar señales de pulsos en lugar de señales mantenidas, puede ayudar a que la información intercambiada entre sistemas sea más fiable.

Por ejemplo, las señales generadas desde el SCADA al pulsar los botones del “faceplate” suelen configurarse como pulsos.

señal desde el SCADA

Si en vez de dos botones con pulso, hubiéramos puesto un solo botón (interruptor) que se pudiera activar y desactivar, el operador podría intentar activar la señal pulsando encima del botón varias veces, el motor podría arrancar y parar varias veces seguidas por error. 


Sin embargo, usando dos pulsadores y un biestable (Set/Reset) se evita este y otros inconvenientes.



Señal desde el SCADA

3.7. Temporizadores y retardos


Los retardos tienen una entrada y una salida; su función es reproducir la entrada en la salida, pero con un retardo de tiempo determinado, ante la variación de la señal de entrada.


El retardo más utilizado es el retardo a la activación (retardo al cambio de “0” a “1”). En el caso de que la señal vuelva a pasar a “0” antes de que el tiempo “t1” haya transcurrido, la señal no llegará a ponerse “1”.


Otros funciones de retardo son: el retardo a la desactivación, o ambos (activación/desactivación)

Señal de control temporizada
El retardo a la activación, es muy utilizado en todas las señales de entrada digitales, principalmente las que provienen de equipos mecánicos, como presostatos, termoestatos, etc, 

Estos equipos son susceptibles de cambiar de estado momentáneamente por razones que difieren de su función (por ejemplo un golpe no previsto o la manipulación inadecuada del equipo). En estos casos, en las señales de entrada, se configurará un retardo a la activación. Así se evitar que la señal sea tenida en cuenta, hasta que la señal, no se mantenga estable durante un tiempo determinado (por ejemplo en presostatos 2 segundos y en termoestatos 5 segundos).
Señal de control temporizador
En este caso las señales de equipos por filosofía (diseño seguro) suelen venir invertidas, esto quiere decir que cuando valen “0” nos está indicando que el equipo ha detectado una anomalía y se ha activado.


Por ello, este tipo señales, lo primero que se puede hacer, es invertirla, para así poder tratarlas después, como el resto de las señales (cuando valga “1” considerar que está activada).



3.8. Detección de máximo y mínimo



Hasta hora todas las funciones que se han presentado son funciones que trabajan con lógica booleana (“1” ó “0”). Pero también hay bloques de función que trabajan con señales analógicas, como es este caso.

Los detectores de máximos y mínimos, son funciones que tiene una señal analógica de entrada y una señal digital de salida.
En el caso del detector de máximo, la señal digital de salida valdrá “1” cuando la entrada analógica tenga un valor superior a otro valor prefijado.
En el caso del detector de mínimo, la señal digital de salida valdrá “1” cuando la entrada analógica tenga un valor inferior a otro valor prefijado.
Mínimo y máximo señal de control
En el siguiente ejemplo:
Se generará una alarma por alta presión cuando la señal del transmisor de presión “1-PT-001” esté por encima de “10 bar”.
Y se generará una señal de baja presión si la señal del transmisor está por debajo de “2 bar”.
Señal de control máximo y mínimo
En este ejemplo si el valor de la señal fuera “1 bar” y se mantuviera así durante “2 segundos” se generaría por lógica una alarma de baja presión. Al igual que se explicó anteriormente, se puede configurar un retardo a la activación, para asegurarse que el valor se sitúa fuera del rango requerido un tiempo mínimo y así evitar disparos por transitorios.

Nota: Todos estos valores, máximos y mínimos, que generan acciones en la lógica, pueden ser reflejados en un documento llamado la “lista de setting”. En este listado se reflejara los valores en los que las distintas señales se activarán.

3.9. Funciones el mayor o el menor valor
Estas funciones constan de dos o más entradas analógicas y una salida analógica.
La función el mayor, reproducirá a la salida el valor mayor de las señales de entrada.
La función el menor, reproducirá a la salida el valor menor de las señales de entrada.
Señal de control mayor o menor que

3.10. Funciones salida condicionada

Esta función tiene dos entradas analógicas, una entrada digital y una salida analógica
El valor de la salida analógica será el de una de las dos entradas cuando la señal digital valga “1”, o el valor de la otra entrada analógica cuando la señal digital valga “0”
Señal de control condicionada
3.11. Función gráfica

En este bloque se configura la función específica que haya considerado la ingeniería o el programador (funciones cuadráticas, linéales, …)
Al igual que cualquier función matemática puede tener una salida y todas las entradas analógicas que se necesiten.

funcion de control plantas industriales

3.12. PID
El PID es seguramente la función más simbólica de la regulación industrial.


PID control
 
De forma sencilla este bloque nos permite lograr alcanzar el valor que queremos, actuando sobre el proceso y corrigiendo el error medido en cada instante.
 
Si desea saber más sobre como utilizar esta función en las lógicas de control, le recomendamos pulsar en el siguiente enlace: "Aplicación de un PID" (pulsar aquí) 
 
Nota: En la lógica de control de plantas industriales, nos podemos encontrar con muchas más funciones que permiten hacer: sumas, restas, rampas, valores absolutos… El conocimiento y uso de cada una, facilitarán la tarea de diseño de la lógica de control. No obstante, las funciones  expuestas en este artículo, serán suficientes, para asimilar los conceptos básicos, para el desarrollo de la lógica de control, en un proyecto industrial.





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Resumen de los enlaces de artículo relaccionados:

INICIACIÓN LÓGICA DE CONTROL EN PLANTAS INDUSTRIALES (1ª parte)
DOCUMENTOS PARA LA LÓGICA DE CONTROL (2ª parte)
FUNCIONES LÓGICAS (3ª parte)
DESARROLLO Y APLICACIÓN DE LOS TÍPICOS LÓGICOS (4ª parte)
EJEMPLOS DE LÓGICA DE CONTROL EN PLANTAS INDUSTRIALES (5ª)




 


Elaborado por: Julio César Fernández Losa 02/02/2016 
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a: 
InstrumentacionHoy@gmail.com