TRANSMISORES Y ELEMENTO FINALES DE CONTROL

TRANSMISORES

FUNCION
Captan la variable de proceso y la transmiten a distancia en forma de señal neumática, electrónica, digital, óptica, hidráulica o por radio, a un instrumento receptor indicador, controlador o una combinación de estos.

Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan en señales analógicas neumáticas ((0,2-1) bar utilizadas en pequeñas plantas y en las válvulas de control), electrónicas de (4-20) mA y digitales, siendo estas últimas capaces de manejar grandes volúmenes de datos y guardarlos en unidades históricas, las que están aumentando día a día sus aplicaciones.

En áreas remotas o de difícil acceso tienen cabida los transmisores sin hilos típicamente de presión, señales acústicas y temperatura que transmiten sus medidas a un aparato base de radio conectado a un sistema de control o de adquisición de datos. La exactitud de las señales digitales es de unas 10 veces mayor que la señal clásica de (4-20) mA. En lugar de enviar cada variable por un par de hilos (4-20) mA, transmiten secuencialmente las variables a través de un cable de comunicaciones llamado bus. El término bus indica el transporte secuencial de señales eléctricas que representan información codificada de acuerdo con un protocolo.

PRINCIPIO DE OPEREACION DE UN TRANSMISOR:

·        Está conectado al proceso

·        Tiene sensores internos que convierte la variable física en un movimiento, un voltaje, una resistencia, u otro parámetro eléctrico.

·        Estos sensores convierten los parámetros en una señal de instrumentación estándar para ser transmitida.

CLASIFICACION:

·        Transmisores neumáticos.

·        Transmisores electrónicos.

·        Transmisores digitales.

·        Transmisor de señales por radio.

TRANSMISORES NEUMÁTICOS: se basan en el sistema tobera-obturador que convierte el movimiento del elemento de medición en una señal neumática. El sistema tobera-obturador consiste en un tubo neumático alimentado a una presión constante Ps, con una reducción en la salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lámina llamada obturado cuya presión depende del elemento de medida.

Estos transmisores tienen limitaciones ya que al tener diámetros de tobera muy pequeño, del orden de 0,1mm a 0,2 mm, son susceptibles de mal funcionamiento debido a las partículas de aceite o polvo que puedan tapar la tobera. Este problema de mantenimiento, unido al hecho de que no pueden guardarlas señales de planta, hace que se utilicen cada vez menos.

Imagen 1. Transmisor neumático.

Tipos de transmisores neumáticos:

·        trasmisor de equilibrio en movimiento: Estos instrumentos se utilizan en la transmisión de presión y temperatura donde los elementos de medida son capaces de generar un movimiento amplio para eliminar el error de histéresis.

·        trasmisor de equilibrio de fuerzas: En este tipo de transmisores los movimientos son inapreciables.

·        trasmisores de equilibrio de momento: El desequilibrio de fuerzas producidas por el caudal crea un par al que se opone el generado por el fuelle de realimentación a través de una rueda de apoyo móvil situada en el brazo del transmisor.

TRANSMISORES ELECTRICOS: Son los que permiten recibir una señal eléctrica de corriente o de voltaje. Los transmisores electrónicos generan una señal estándar de 4-20 mA c.c. A veces esta señal de salida es sustituida por un voltaje de 1-5V, si existen problemas de suministro electrónico. Estos transmisores no pueden guardar las señales de planta, y además son sensibles a vibraciones, por cuyo motivo su empleo ha ido disminuyendo.

Imagen 2. Transmisor eléctrico.

TRANSMISORES DIGITALES: son llamados también inteligentes, tiene incorporada funciones adicionales que se añaden a las propias de la medida exclusiva de la variable, dichas funciones son proporcionadas por un microprocesador. Emiten una señal digital  que consiste en una serie de impulsos (señal de muy pequeña duración) en forma de bits. Cada bit consiste en dos signos, el 0 y el 1, que corresponden al paso o no de corriente.

Hay dos tipos de transmisores digitales inteligentes:

·        Capacitivo: consiste en un condensador compuesto de un diafragma interno que  separa las placas y que cuando se abren las placas es porque se realiza una presión este diafragma se llena de aceite lo cual hace variar la distancia entre placas en no  más de 0.1 mm. Luego esta señal es amplificada por un oscilador y un demodulador que  entregan una señal análoga para ser convertida a digital y así ser tomada por el  microprocesador. 

·        Semiconductor: sus cualidades permiten que se incorpore un puente de weaston al que el microprocesador linealiza las señales y entrega la salida de 4 - 20mA.  Los transmisores inteligentes permiten leer valores, configurar el transmisor, cambiar su 
campo de medida y diagnosticar averías, calibración y cambio de margen de medida.  Algunos transmisores gozan de auto calibración, autodiagnóstico de elementos electrónicos;  su precisión es de 0.075%. Monitorea las temperaturas, estabilidad, campos de medida  amplios, posee bajos costes de mantenimiento pero tiene desventajas como su lentitud,  frente a variables rapidez puede presentar problemas y para el desempeño en las  comunicaciones no presenta dispositivos universales, es decir, no intercambiable con otras  marcas.

TRANSMISOR DE SEÑALES POR RADIO: es un dispositivo electrónico que, mediante una antena, irradia ondas electromagnéticas que contienen (o pueden contener) información, como ocurre en el caso de las señales de radio, televisión, telefonía móvil o cualquier otro tipo de radiocomunicación.

Una instalación industrial típica del control de procesos precisa de sensores, transmisores y multitud de hilos que comunican la señal electrónica de (4-20)mA al panel de control o bien, en el caso de control digital, un hilo por el que circulan en serie las señales de la planta. Cuando el entorno es hostil, o es necesario transmitir señales a gran distancia, la transmisión por radio es una necesidad. Se varía intencionadamente la frecuencia de la señal transmitida, lo que reduce la intercepción no autorizada y la coexistencia de señales parecidas en la frecuencia. La distancia de operación entre el emisor y el receptor puede ser de unos 70 metros a 1000 metros sin línea de visión directa y de unos 1.000 metros a 30 Km en espacios abiertos.

Las ventajas del sistema son el ahorro de cable (30 a 120) €/metro, un arranque más rápido de la instalación, distancias de transmisión en zonas sin obstáculos de hasta 600 m,una exactitud del ± 0,1%, una fiabilidad gracias a la larga vida de la batería (5 años) y al software de autocomprobación de los aparatos, y el estar libres de interferencia gracias a las frecuencias de transmisión de (902-928) MHz.

Un radiotransmisor típico de modulación de amplitud (AM) consta de diversos elementos:

·        Oscilador: Encargado de generar las frecuencias.

·        Preamplificador de audiofrecuencia: Se trata de un amplificador de audio de baja potencia para elevar la señal de muy bajo nivel.

·        Amplificador modulador: Es el encargado de generar una señal que modulará la onda portadora. Esto es, hará variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir

·        Amplificador de radiofrecuencia: El amplificador de radiofrecuencia, cumple dos funciones, por una parte eleva el nivel de la portadora generada por el oscilador y por otra sirve como amplificador separador para asegurar que el oscilador no es afectado por variaciones de tensión o impedancia en las etapas de potencia.

·        Amplificador de potencia de RF: En este amplificador se produce la elevación de la potencia de la señal, generada en la etapa precedente, hasta los niveles requeridos por el diseño para ser aplicada a la antena. En esta etapa es también donde se aplica la señal moduladora, obtenida a la salida del amplificador modulador para finalmente obtener la señal de antena.

·        Fuente de alimentación: La fuente de alimentación es el dispositivo encargado de generar, a partir del suministro externo, las diferentes tensiones requeridas por cada una de las etapas precedentes.

Diagrama de bloques de un radiotransmisor de modulación de amplitud (AM)

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

En los instrumentos inteligentes, de salida electrónica o digital, en particular en los transmisores, la calibración se la ve facilitada por la “inteligencia” proporcionada por el microprocesador incorporado en el instrumento.

Transmisores Neumáticos

Transmisores Electrónicos

Transmisores Digitales o Inteligentes

Transmisor de Señales por Radio.

Ventajas

Ahorro de cable (30 a 120) €/metro.

Un arranque más rápido de la instalación, distancias de transmisión en zonas sin obstáculos de hasta 600 m, una exactitud del ± 0,1%,

Una fiabilidad gracias a la larga vida de la batería (5 años) y al software de autocomprobación de los aparatos, y el estar libre de interferencia gracias a las frecuencias de transmisión de (902-928) MHz.

Desventajas o Limitaciones

Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces (necesita visibilidad directa)

Necesita de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer.

Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño.