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Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
TEMA 1: Introducción a la Instrumentación Electrónica
Índice de la presentación:
- Introducción
- Instrumentación electrónica en el contexto del
control de procesos
- Sistemas de medida
- Caracterización de los sistemas de medida
Bibliografía:
- Pérez García, M.A., Álvarez Antón, J.C., Campo
Rodríguez, J.C., Ferrero Martín F.C., y Grillo Ortega,
Instrumentación Electrónica, 2ª ed., Thomson, 2004.
- Antonio Rodríguez Mata, Sistemas de Medida y
Regulación. 2ª ed; Paranimfo, 2004.
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
1. Introducción. Definiciones
La medida consiste en la determinación de una magnitud por comparación
con un estándar.
Magnitud (física), propiedad física mensurable (que puede ser medida).
La instrumentación comprende todas las técnicas, equipos y metodologías
relacionados con el diseño, construcción y aplicación de dispositivos
físicos para mejorar, completar y aumentar la eficiencia de los
mecanismos de percepción del ser humano.
La instrumentación electrónica (IE) es la técnica que se ocupa de la
medición de cualquier tipo de magnitud física, de la conversión de la
misma a magnitudes eléctricas y de su tratamiento para proporcionar la
información adecuada (a un sistema de control, a un operador humano o a
ambos). Así pues, la instrumentación tiene dos grandes temas de trabajo:
- El estudio de los sensores y de sus circuitos de acondicionamiento
(amplificadores, filtrado, conversión, etc.) para que las señales proporcionadas
por éstos, puedan ser utilizadas en sistema de control de procesos industriales.
Esta asignatura centrará su estudio fundamentalmente en esta rama. El
componente electrónico básico para la implementación de los circuitos de
acondicionamiento es el amplificador operacional.
- El estudio de los equipos de instrumentación (osciloscopios, analizadores de
espectro…) desde el punto de vista de su funcionamiento y su estructura
interna.
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
- I.E en el control de los procesos de fabricación. La
pirámide de automatización
Para situar los flujos de información que se producen entre la planta de fabricación y los sistemas de gestión empresarial,
se puede analizar la conocida como pirámide de la automatización
Gestión de procesos de negocio: compras,
ventas, almacenes, RRHH, fabricación, etc.
Análisis de los índices de producción, averías, calidad, etc.
Objetivos mejora de OEE (eficiecia general de equipos).
Aplicación para
supervisar y
controlar procesos
industriales basado
en sinópticos de
planta.
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Proceso entrada/salida
Sistema de control genérico
- La I.E. en el control de procesos. Conceptos y
terminología
Variables de salida Variables
del proceso (PV)
Variables de entrada Variables
manipuladas (MV)
Perturbación
Proceso
Sistema de
Control
PV
MV
Perturbación
Proceso
Consignas
Órdenes
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
- La IE en el control de procesos. Conceptos y
terminología
Ejemplo de sistema de control en bucle cerrado
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Control de procesos
- La I.E. en el control de procesos.
Conceptos y terminología
P
R
O
C
E
S
O
SISTEMA DE CONTROL
Visualizador
S
ENSOR
A
CONDICIONAMIENTO
A
CTUADOR
TRANSMISOR
RECEPTOR
Señal
eléctrica
Señal
medida
Señal
mando
Medio de
transmisión
SISTEMA DE MEDIDA
MV
(variable
física)
PV
(variable
física)
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Arquitectura distribuida
- La I.E. en el control de procesos.
Arquitecturas de los sistemas de medida.
Topología
de
buses
NÚCLEO
INTELIGENTE
M
NÚCLEO
INTELIGENTE
NÚCLEO
INTELIGENTE
NÚCLEO
INTELIGENTE
NÚCLEO
INTELIGENTE
N
BUS DE CAMPO
BUS DE PROCESO
SENSOR ACTUADOR SENSOR ACTUADOR SENSOR
P R O C E S O
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Sistema de medida
- Sistemas de medida. Introducción.
Sistema de
medida
- Temperatura
- Presión
- Velocidad
- Luz
- pH
etc.
- Visualización
- Almacenamiento
- Transmisión
ENTRADAS
SALIDAS
magnitudes físicas
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Elementos de un sistema de medida
Salida
(valor medido)
Entrada
(magnitud
física)
Procesamiento
de la señal
Adquisición de la señal
Sensor
Procesador
Acondicio-
namiento
Conversión AD
Transmisión de la señal
Acondicio-
namiento
Conversión DA
SISTEMA DE MEDIDA
- Sistemas de medida.
Elementos de un sistema de medida
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
3. Sistemas de medida
Elementos de un sistema de medida
Etapas de adquisición de la señal
• Sensor
• Acondicionamiento
• Amplificación
• Aislamiento
• Filtrado
• Linealización
• Excitación de sensores
• Conversión de señal
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
La elección del sistema de medida depende de varios
factores:
• Características del proceso.
• Un proceso se define por el estado de una – varias señales
analógicas y/o digitales.
• Condiciones de entorno y ambientales.
• Número de señales.
• Tipos de sensores.
• Diferentes sensores necesitan etapas de acondicionamiento
distintos.
3. Sistemas de medida
Selección del sistema
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
La estructura del sistema debe adaptarse a las necesidades de
medida.
- En la mayoría de las situaciones se hace necesario medir más de una
variable de entrada. En estos casos se recurre a sistemas de medida
multicanal.
- La estructura es determinada por el acoplamiento al procesador.
Los parámetros característicos permiten seleccionar la
topología óptima para cada aplicación.
- Sistemas de medida
Selección del sistema
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Sistema de medida multicanal con un solo CAD
- Solo procesado secuencial de las variables
- Sistemas de medida
Estructuras multicanal
Sensor
CAD
Proce-
sador
CDA
MULTIPLEXOR
ANALÓGICO
Canal 1
Salida
Acondicionador
Sensor
Canal 1
Acondicionador
Sensor
n
Canal n
Acondicionador
n
Introducción a la Instrumentación Electrónica. Instrumentación Electrónica
Sistema de medida multicanal con un CAD por canal
- Sistemas de medida
Estructuras multicanal.
Sensor
1
CDA
PROCESADOR
Canal 1
Salida
Acondicionador
1
Sensor
2
Canal 1
Acondicionador
2
Sensor
n
Canal n
Acondicionador
n
CAD
1
CAD
2
CAD
n
