¿De verdad conoces bien el uso de los selectores de valores altos y de valores bajos?

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Los selectores de señales se dividen en selectores de valores altos y selectores de valores bajos; son especialmente utilizados en la configuración de sistemas de control de protección de seguridad. En este artículo, Changhui Instruments comparte conocimientos especializados sobre ocho tipos de selectores de señales, los cuales es necesario que los profesionales del sector industrial conozcan y dominen. Selector de señales yunrun.com.cn/product/1954.html. La función del selector de señales es elegir una de dos señales como señal de salida. Existen cuatro modos de control para la salida de la señal seleccionada: selección automática de la señal de nivel más alto, selección automática de la señal de nivel más bajo, control mediante señales digitales/de nivel externas para elegir una de las señales de entrada, y finalmente, la señal seleccionada se separa de las señales de entrada y de la fuente de alimentación antes de ser emitida. El selector de señales que realiza una selección automática de los valores altos se denomina selector de valores altos, mientras que el selector de señales que realiza una selección automática de los valores bajos se denomina selector de valores bajos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150436075704.png Figura 1: Diagrama de principio del selector de valores altos.
http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150439515074.png Figura 2: Diagrama de principio del selector de valores bajos.
Ocho aplicaciones típicas del selector de valores altos y del selector de valores bajos: yunrun.com.cn/tech/1974.html
1. Uso de los selectores de señales en sistemas de control selectivo.
Todos saben que un compresor es un dispositivo utilizado para transportar gases. El compresor puede ser accionado por vapor o por motores eléctricos de corriente continua. Al ajustar la cantidad de vapor que entra al compresor, o bien la tensión de entrada del motor eléctrico (o la tensión de excitación), se puede controlar el caudal y la presión de salida del compresor. La Figura 3 muestra el esquema del sistema de control de caudal y presión, gestionado por un selector de señales de bajo valor. Para los reguladores de los sistemas de presión y caudal, se utilizan reguladores PID. En el sistema de control selectivo de la Figura 3, P* representa la señal de referencia del sistema de control de presión. Se exige que la presión de salida del compresor se mantenga cerca de P*, pero no se permite que supere ese valor. Q* es la señal de control de caudal; se exige que el caudal de salida del compresor se mantenga cerca de Q*, sin que pueda superar este valor. Por lo tanto, el método de control consiste en elegir entre los dos sistemas de control. Se determina cuál de las variables a controlar supera el valor establecido; luego, se utiliza esa variable como referencia para que el regulador de ese sistema emita una señal que permita modificar el valor establecido en el sistema de control por tiristores. Se trata, así, de un sistema de control selectivo. La función del selector de valores bajos en este sistema es gestionar el funcionamiento de los dos sistemas. Para ilustrar el funcionamiento del sistema, supongamos que P < P* y Q > Q*. Si los parámetros de ajuste de los reguladores de ambos sistemas son los mismos, la salida del regulador del sistema Q será mayor que la salida del regulador del sistema P. Esta salida más alta será bloqueada por el selector de valor bajo, pero no entrará en la zona de saturación integral. De esta manera, se asegura que, cuando Q < Q* y P > P*, sea posible pasar sin problemas del circuito cerrado del sistema Q al circuito cerrado del sistema P, evitando que la presión P y el caudal Q superen sus valores establecidos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150505449965.png Figura 3: Regulación alternativa de dos sistemas de control (sistemas de control selectivo). 2. Uso de seleccionadores de valores altos como dispositivos de protección contra señales anormales. En los reactores nucleares o reactores químicos, el control de la temperatura es un factor esencial para que el proceso de producción se desarrolle sin problemas. Si solo se utiliza un termopar para monitorear o regular la temperatura, esto puede resultar insuficiente desde el punto de vista de la seguridad. Por eso, se instalan varios termopares en diferentes ubicaciones, y las señales obtenidas se envían a un grupo de seleccionadores de valores altos a través de transmisores de temperatura. Hay dos ventajas en hacerlo así: la primera es que se puede controlar a la temperatura más alta, evitando que ciertas zonas se sobrecalienten ； En segundo lugar, incluso si uno, dos o tres termopares se dañan, sigue siendo posible realizar el control, **lo que aumenta la seguridad y fiabilidad del funcionamiento del sistema de control. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150533486834.png Figura 4: Sistema de control de selección del valor más alto entre múltiples señales. Si, en la Figura 4, los selectores de valores altos se reemplazan por selectores de valores bajos, entonces se puede crear un sistema de control de selección del valor más alto entre múltiples señales. 3. El selector de señales se utiliza para coordinar el orden de funcionamiento de los sistemas. Si una señal de control determina el funcionamiento de varios sistemas de regulación al mismo tiempo, surgen problemas relacionados con la distribución del tiempo y la correspondencia entre las señales. La correspondencia de las señales permite que los sistemas encuentren un punto de equilibrio estable, mientras que la distribución del tiempo garantiza la seguridad en el proceso de producción. En muchos procesos de producción, con el fin de evitar la generación de subproductos o explosiones, e incluso por razones relacionadas con el ahorro de energía, se establecen reglas claras respecto al orden en que deben actuar los sistemas de control. Por ejemplo, en el proceso de combustión del fuel oil se establece que, cuando la carga de producción aumenta, primero se debe aumentar el flujo de aire y luego el de fuel oil; por su parte, cuando la carga de producción disminuye, primero se debe reducir el flujo de fuel oil y luego el de aire, a fin de evitar daños en los equipos debido a una combustión secundaria. Los sistemas de este tipo suelen requerir dos selectores de señales (uno para seleccionar los valores altos y otro para los valores bajos) a fin de coordinar el orden en que se realizan las acciones entre los diferentes componentes del sistema. La Figura 5 muestra la estructura del sistema de control de combustión de fuel oil. Cuando aumentan las exigencias de carga, la señal de carga I también aumenta. Dado que I > I1, el selector de valores bajos elige a I1 como su señal de salida. Además, como I > I2, la señal P puede actuar a través del selector de valores altos sobre el regulador de caudal de aire, lo que hace que el caudal de aire aumente primero. Una vez que el caudal de aire aumenta, I1 también aumentará gradualmente, lo que a su vez provoca un aumento en la señal emitida por el selector de valores bajos. Por el contrario, cuando la demanda de carga disminuye, I < I1 e I < I2. La instrucción de carga hace que primero disminuya la cantidad de combustible; una vez que esta cantidad ha disminuido, entonces se reduce el flujo de aire. Este método de control de movimiento se denomina “aumento primero y luego disminución” o “aumento después y disminución antes”; se trata de un esquema típico para los sistemas de instrumentación. Una vez que el proceso de ajuste se estabiliza, se mantiene la relación I=I1, I=I2. En la figura, el regulador y el sumador se utilizan para ajustar la coincidencia de las señales de estado inicial de los dos sistemas, mientras que el multiplicador sirve para regular la relación entre la cantidad de combustible y el aire. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151238082857.png Figura 5: Diagrama de principio de funcionamiento del sistema de control de combustión de fuel oil. 4. Selector de señales: sirve para evitar que la salida del divisor supere los límites permitidos. Para que el divisor funcione correctamente, es necesario que se cumpla una condición: I1 ≤ I2. Aquí, I1 representa la señal del numerador, mientras que I2 representa la señal del denominador. Si se da I2 < I1, la salida del divisor superará el rango de la señal del instrumento. Por ejemplo, en el caso del divisor, cuando I2 < I1, su salida supera el límite superior de la señal del instrumento, que es de 20 mA. Si es posible que la señal de control I2, relacionada con las variables del proceso de producción, sea menor que I1, es necesario tomar medidas en la red para evitar que este fenómeno se transmita al divisor. Antes de que el selector de señales de Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd. entrara en funcionamiento, generalmente se dividía o se reducía la tensión de la señal del numerador antes de enviarla al divisor. El grado de división o reducción de tensión debía ser tal que el numerador siempre estuviera por debajo de la señal del denominador (como se muestra en la Figura 6). Pero, una vez que aparece el selector, este puede ser utilizado para evitar que la salida del divisor supere los límites permitidos. La configuración de los circuitos correspondientes se muestra en la Figura 7. En comparación con el método anterior, este último permite mantener la sensibilidad del divisor sin cambios, en condiciones normales de funcionamiento. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151252390357.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151259260868.png Figura 6: Uso de un divisor para evitar que la señal de salida del divisor supere los límites permitidos. Figura 7: Uso de un selector de señales para evitar que la señal de salida del divisor supere los límites permitidos. 5. Selección del valor intermedio entre varias señales de entrada. En algunos procesos de producción, es necesario seleccionar la señal que se encuentre en el punto medio entre varias señales de medición con las mismas características, como señal de medición. Por ejemplo, en un horno de calentamiento, se instalan tres transmisores de temperatura en las tres zonas de temperatura diferentes. Estos transmisores proporcionan valores de medición para niveles alto, medio y bajo. Si la regulación se realiza según la señal de temperatura más alta, la temperatura promedio de todo el horno será elevada. Por el contrario, si se ajusta según la temperatura más baja, la temperatura promedio será más baja. Por lo tanto, la señal del valor intermedio es la más representativa de estos tres puntos de medición de temperatura. La Figura 7 muestra la composición de la línea que toma el valor medio de los tres puntos de monitoreo. Esta ruta está compuesta por dos selectores de valores altos y dos selectores de valores bajos. A continuación, se analizarán en tres casos diferentes. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151453348883.png Figura 8: Composición de la ruta de selección del valor intermedio entre tres puntos. ① I1 < I2 < I3. En este caso, las señales de salida de los selectores de señal I y II son I12 = I2 y I13 = I1. Las señales de salida del selector de señales III y del selector de señales IV son I14=I12=12, I0=I14=I2. Se elige la señal de valor intermedio I2 como señal de salida. ②I2＜I1＜I3. En este caso, las señales de salida del selector de señales I y del selector de señales II son I12=I1 y I13=I2. Las señales de salida del selector de señales III y del selector de señales IV son I14=I1, I0=I14=I1. Se elige la señal de valor intermedio I1 como señal de salida. ③I1＜I3＜I2. En este caso, las señales de salida del selector de señales I y del selector de señales II son I12=I2 y I13=I2. Las señales de salida del selector de señales III y del selector de señales IV son I14=I3, I0=I14=I3. Se elige la señal de valor intermedio I3 como señal de salida. Según el análisis de las tres situaciones mencionadas, en todo caso, la ruta mostrada en la Figura 8 toma siempre el valor intermedio de las tres señales de entrada como su señal de salida. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151510561025.png Figura 9: Circuito para seleccionar el valor intermedio de las cinco señales de salida. Según los principios mencionados, no es difícil diseñar un circuito para seleccionar el valor intermedio de las cinco señales de salida, como se muestra en la Figura 9. Esta ruta está formada por dos rutas de selección de señales de valor intermedio entre tres puntos, conectadas en serie. La primera mitad consiste en seleccionar uno de los tres señales de medición y enviarlo a la segunda mitad; allí, dicho señal se compara con las otras dos, y nuevamente se elige una señal que quede en el centro. Según el mismo principio, se pueden crear rutas de selección para los valores 7, 9... y otros valores intermedios. 6. El selector de señales funciona como interruptor y como muestreador. El selector de valores bajos y el selector de valores altos pueden utilizarse como interruptores o como muestreadores. La Figura 10 muestra cómo se utiliza un selector de valor bajo como interruptor. El regulador, por su parte, solo define dos valores posibles: 0 (el valor cero de la señal del instrumento) y 1 (el límite superior de la señal del instrumento). Cuando IR es 0, la señal I1 se bloquea ； Cuando IR es 1, la señal I1 está activa. La Figura 11 muestra lo contrario: cuando IR es 0, la señal I1 está activa ； Cuando IR es 1, la señal I1 se bloquea. La Figura 12 muestra cómo se utiliza una fuente de pulsos en lugar del regulador de valor constante. La señal de salida de esta fuente de pulsos varía periódicamente entre 0 y 1; la señal I1 se activa y se desactiva alternativamente, generando así una señal cuyo período es igual al período de los pulsos. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151526471454.png Figura 10: Uso de un selector de señales de valor bajo como interruptor. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151528224459.png Figura 11: Uso de un selector de señales de valor alto como interruptor. Figura 12: Salida de señales periódicas. 7. Los selectores de señales se utilizan para organizar las señales en una secuencia determinada. En algunos procesos de producción, es necesario saber cuál de las señales medidas tiene un valor alto, cuál uno bajo y cuál está en un valor intermedio. Este requisito puede satisfacerse mediante la línea de cola que se muestra en la Figura 12. Toda la ruta está compuesta por seis selectores de señales; el selector III emite la señal más alta, el selector IV emite la señal más baja, y las señales intermedias son emitidas por el selector VI. La red de la Figura 13 puede dividirse en tres componentes: I y III forman una ruta para seleccionar el valor más alto, II y IV forman otra ruta para seleccionar el valor más bajo, mientras que I, II, V y VI constituyen una ruta para seleccionar un valor intermedio. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151621548609.png Figura 13: Líneas de enlace para las tres señales de entrada. El selector de señales funciona como un limitador flotante. Por razones de seguridad, muchos procesos de producción requieren que se limite cierta variable a regular o variable operativa. Este tipo de limitación generalmente puede lograrse con un limitador. Pero cuando el valor de la limitación debe variar en función de otra variable, es necesario utilizar un selector de señales para formar un sistema de limitación. La Figura 14 muestra el principio de funcionamiento del limitador de fluctuación de límite alto. El límite superior para la señal de operación es Ix. Cuando I1 < Ix, I0 = I1. Pero cuando I1 > Ix, I0 = Ix. Incluso si I1 sigue aumentando, I0 no seguirá aumentando, manteniéndose en el valor de Ix. Dado que Ix es variable, la configuración del circuito se denomina limitador de alta flotación. La Figura 15 muestra el principio de funcionamiento del limitador de fluctuación de límite inferior; esto ocurre cuando I1 es menor que el valor de Ix. La Figura 16 muestra el principio de funcionamiento del limitador de fluctuaciones de límites alto y bajo. Esta estructura está formada por los componentes 14 y 15 conectados en serie. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151350088030.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151359438903.png Figura 14: Limitador de valor máximo flotante. Figura 15: Limitador de valor mínimo flotante. Las salidas de los limitadores de valor máximo y mínimo flotantes pueden representarse en http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151413246178.png. Figura 16: Limitadores de valor máximo y mínimo flotantes. Los limitadores flotantes tienen muchas aplicaciones para mejorar la eficiencia de producción de los equipos y garantizar una producción segura. Por ejemplo, una condición importante para la producción segura de compresores es garantizar que estos no sufran sobrepresión. Si se mantiene el caudal de admisión del compresor por encima de un valor determinado, se puede evitar el estallido turbulento. Sin embargo, mantener un caudal de admisión fijo no es favorable para que el compresor funcione de manera óptima. Un método bastante efectivo es ajustar el flujo mínimo de admisión en función de la presión de salida. La estructura del sistema de control se muestra en la Figura 17. La parte delimitada por líneas discontinuas en la imagen representa las distintas componentes de la función. Estas componentes son gestionadas por un sumador, cuya relación de cálculo es IΣ = I0 + αIP. En esta fórmula, I0 representa la corriente inicial; es decir, la cantidad mínima de flujo que el compresor necesita cuando P = 0 ； α es el coeficiente de proporcionalidad. IΣ es la señal de limitación flotante del límite inferior para el selector de valores altos. En general, el sistema de control de caudal mantiene la válvula de regulación instalada en la tubería de retorno en un ángulo de apertura reducido (por ejemplo, el 90%). Cuando se presentan condiciones anormales, el caudal de admisión no cumple con las condiciones necesarias para el funcionamiento estable del compresor. En ese caso, la señal de límite flotante sustituye al regulador en la operación de la válvula de retroalimentación. Entonces, la apertura de la válvula de regulación aumenta, lo que permite incrementar el caudal de retroalimentación y así elevar el caudal de admisión a un rango seguro para su funcionamiento. Con la popularización de los sistemas PLC y DCS, resulta muy práctico utilizar programas en los sistemas de control para llevar a cabo las funciones de selección de señales. Esto no significa que los selectores de señales sean algo obsoleto; por el contrario, quienes trabajan en el área de control deben dominar bien los principios y aplicaciones de estos dispositivos. De esta manera, podrán desarrollar mejores soluciones de control y tener una ventaja técnica durante la configuración y programación de los sistemas DCS o PLC para implementar dichas soluciones.