Sistema Control 2

La función de un sistema de control, es mantener cualquier variable de inte¬rés, digamos la velocidad del automóvil, de una máquina o la tasa de inflación de un país, etc, dentro de límites determinados, o alterarla de una cier¬ta manera deseada.

Una persona, es un complejo sistema de control que contiene cinco entradas (los cinco sentidos) y una variedad de salidas, tales como: caminar, pensar, hablar, etc.

Los sistemas de control, regulan la temperatura de una casa, escuela o cualquier tipo de edificio. Los sistemas de control influyen en la producción de alimentos, asegurando la pureza y uniformidad del producto final.

De los ejemplos previos, es claro que una gran variedad de componentes puede ser parte de un simple sistema de control: eléctricos, electrónicos, neumáticos, hidráulicos, mecánicos, humano o cualquier combinación de estos. El resultado deseado puede ser por ejemplo, la dirección de un automóvil, la temperatura de una habitación, el nivel de líquido de un tanque, la presión de una caldera, etc.

El Control de Sistemas siempre supone cambios de condiciones, y el cambio de condiciones implica cambios de energía. “La regulación de energía es la llave para lograr el control”

En todo sistema de control, el foco central de atención es la planta, es decir la máquina, mecanismo o proceso a ser controlado. En el ejemplo, la planta es el motor del automóvil. En otros casos, la planta podría ser el motor eléctrico de una lavadora, una columna de destilación química, etc.

La planta tiene varias características importantes:

• Puede no trabajar como se desea si se deja a su libre comportamiento. Por ejemplo, el motor de una centrifugadora podría no mantener una velocidad de giro uniforme o podrían no conservarse las condiciones de presión y temperatura requeridas para el óptimo funcionamiento de una caldera.

• Puede estar sometida a perturbaciones externas que no están bajo el control del usuario; por ejemplo. torques de carga sobre un motor, tormentas de viento sobre un avión, baches en la carretera sobre un automóvil, etc.

• Puede ser monitoreada defectuosamente debido a la presencia de señales de ruido que afectan las mediciones de los sensores. Esto podría ocasionar, por ejemplo, lecturas incorrectas de concentración de impurezas en una planta de tratamiento de aguas o fugas de líquido en un tanque de almacenamiento de combustibles.

Para evitar que todo esto suceda, y garantizar que una planta se comporte de la manera deseada, es necesario incorporarla a un sistema de control automático. Este último cumple básicamente la función de permitir que la variable o variables de salida reguladas (posición, velocidad, temperatura, presión, etc.) sigan una señal de referencia, por ejemplo un punto de trabajo (set point) de un horno eléctrico, digamos 400 °C.

4. Clasificación de los sistemas de Control

Los sistemas de control pueden ser clasificados básicamente de acuerdo a dos criterios: qué controlan y cómo controlan. Desde el primer punto de vista (el qué). existen sistemas de control de movimiento o servos y sistemas de control de procesos. Desde el segundo punto de vista (el cómo), se habla de sistemas de lazo abierto o manuales, y sistemas de lazo cerrado o automáticos.

4.1. Servomecanismos y sistemas de control de procesos

Los sistemas de control industriales, tanto de lazo abierto como de lazo cerrado, están enfocados principalmente al control de movimiento o de procesos. Los sistemas de control de movimiento, conocidos también como servomecanismos o servos, se utilizan para controlar movimiento o posición física de un objeto. Los controles de banda transportadora son de este tipo.

Otro ejemplo de servo es un brazo de robot industrial encargado de soldar partes en una línea de ensamblaje de automóviles. Un sistema de este tipo debe controlar la posición, velocidad y aceleración del objeto, medir la variable controlada y responder rápidamente a los comandos de entrada, en fracciones de segundo.

Un servomecanismo usualmente involucra un proceso relativamente rápido, esto es, las constates de tiempo pueden ser considerablemente menores que un segundo, comparado a un sistema de control de procesos con constantes de tiempos de horas y aún días.

Los sistemas de control de procesos, por su parte, que son los más comunes, se utilizan para controlar procesos. Los procesos están caracterizados por una serie de pasos o cambios graduales que se suceden uno a continuación del otro de manera relativamente fija y que conducen al objetivo buscado.

Ejemplos de sistemas de control de procesos se encuentran en acerías, plantas de ensamble de automóviles y procesamiento de alimentos. El proceso de manufactura cambia con relativa lentitud y se caracterizan por constantes de tiempos de minutos u horas.

Los procesos industriales son muy variados y abarcan muchos tipos de productos, incluyendo derivados del petróleo, textiles, hilos, alimentos. licores, aceros, papel, material impreso, etc. En todos estos casos, la función de los sistemas de control es permitir el mantenimiento y la regulación de la variable controlada (presión, caudal, temperatura, pH, etc.) de una manera más eficiente, rápida y confiable de como lo haría un operador humano.

Los sistemas de control de procesos, a su vez, pueden ser. continuos o discretos. En un proceso discreto, sobre el producto que está siendo fabricado se ejecuta una secuencia de operaciones precisas. Un ejemplo es una máquina productora de galletas

En este caso, primero se calienta el horno a la temperatura deseada. Luego, se dispersan y mezclan los ingredientes requeridos. Una vez la masa adquiere la consistencia apropiada, se expulsa dosificada mediante aire a presión. Finalmente, se lleva a través de una banda transportadora al horno de cocción y luego a la máquina de empacado. Este tipo de procesos son típicos de productos hechos de mezclas de ingredientes, incluyendo alimentos, petróleos, jabones, medicinas, etc.

En un proceso continuo, por su parte, permanentemente están entrando y saliendo materias primas de cada etapa, y realizándose una o más ope¬raciones a medida que pasa el producto. Un ejemplo es una red de impresión offset, como la utilizada para producir li-bros o fascículos. En este caso, el papel en blanco se alimenta desde un rollo a las cabezas de impresión, donde se le aplican selectivamente las tintas correspondientes a los textos e imágenes.

Una vez seca la tinta, la tira impresa pasa a través de plegadoras y otras máquinas que confeccionan los productos terminados. A través del proceso se monitorean y regulan el balance de agua y tinta, las presiones de los cilindros y rodi¬llos, la velocidad del papel, y otras variables. El papel, los alambres, los textiles, las bolsas plásticas, y una infinidad de productos que utilizamos en nuestra vida diaria son el resultado de procesos continuos.

La mayoría de los sistemas de control industriales, tanto de procesos como de movimiento, constan de elementos funcionales similares que se utilizan para regular el flujo de materiales a través de los mismos y sincronizar su secuencia de eventos en el tiempo. Estos elementos generales son el controlador del sistema, los actuadores, los controles del actuador, los sensores y las interfaces de señal.

Sistema de Control 1ºparte

Instrumentación
5º Año
Introducción a la Electrónica Industrial

Cada día es más frecuente el uso de dispositivos, circuitos, equipos y métodos electrónicos en la industria. Examinaremos el marco de acción dentro del cual se desenvuelve la electrónica industrial, haciendo énfasis en sus aplicaciones en el campo del control de procesos. Se explicará qué es la electrónica industrial, para qué sirve, dónde se utiliza, cuáles son las principales ventajas de controlar procesos industriales por métodos electrónicos, cómo se clasifican los sistemas de control industriales y cuáles son los elementos generales que componen los mismos.

1. El mundo de la electrónica industrial

La electrónica industrial trata fundamentalmente con el estudio, desarrollo y aplicación de componentes, circui¬tos, equipos y métodos elec¬trónicos al control y automatización de procesos industria¬les. Estas mismas técnicas, convenientemente asimiladas, son también aplicables al control y conversión de potencia eléctrica, y a otros campos distintos de la manufactura de productos, como la electromedicina, la agrotécnica, la robótica, la aeronáutica, el tratamiento de aguas residuales, el transporte, etc. Los siste¬mas de control y conversión de potencia, en particular, constituyen el núcleo de la electró¬nica de potencia.

La electrónica industrial moderna es una disciplina in¬tegral y multidisciplinaria. En la misma convergen la electrónica y la microelectró¬nica en sus múltiples facetas (análoga, digital, comunica¬ciones, etc.) junto con la computa¬ción, la electricidad, la me¬cánica, la neumática, la hi¬dráulica, la física de los flui¬dos, la teoría del control, las matemáticas, y otras áreas del conocimiento humano.

También juegan un papel clave la experiencia y la ha¬bilidad humanas. Las técnicas de la electrónica industrial, a su vez, encuentran aplicación en otros campos. Por ejemplo, los mismos circuitos electró¬nicos utilizados para conse¬guir que el motor de una má¬quina gire a la velocidad apro¬piada pueden ser también uti¬lizados para monitorear el flujo de sangre y detectar la presencia de coágulos en un riñón artificial.

La electró¬nica industrial ha alcanzado un lugar importan¬te en la tecnolo¬gía moderna. Adecuadamente aplicados, los controles electrónicos aumen¬tan la precisión, exactitud y velocidad de los procesos de manufactura, reducen los cos¬tos de producción, simplifican la mano de obra y mejoran la calidad y cantidad de los pro¬ductos terminados.

De hecho, la aplicación de la electrónica en la industria es un factor clave para el éxito de cualquier compañía manufac¬turera y, por tanto, de cualquier país. Actualmente, es inimagi-nable, e inconcebible, la exis¬tencia de una industria moder¬na sin la participación de la electrónica.

2. Ventajas del control electrónico

La electrónica aplicada a la industria ha hecho posible au¬tomatizar muchos procesos, disponer de dispositivos de seguridad más efectivos y medir variables como la pre¬sión, la temperatura, la velo¬cidad, etc., con mayor exacti¬tud que cualquier otro método disponible.

Esto ha permitido la im¬plementación de estrategias de control y de supervisión de operaciones industriales cada vez más precisas y confiables. Las siguientes son algunas de las formas a través de las cua¬les la producción industrial se beneficia del uso de controles automáticos:

• Se libera al operario de la fun¬ción de realizar labores mo¬nótonas o peligrosas, y de intervenir físicamente en el proceso, minimizando la po¬sibilidad de cometer errores y permitiéndole realizar una labor única de supervisión y vigilancia del mismo. Esta úl-tima puede hacerse desde uno o más centros de control si¬tuados en la propia planta o máquina, o desde centros de control remotos, inclusive vía satélite o a través de Internet.

• Se pueden ejecutar acciones que están más allá de la ha¬bilidad humana normal, por ejemplo medir y controlar con precisión grandes fuer¬zas y temperaturas, o ma¬nipular objetos muy peque¬ños.

• Se reducen costos porque se pueden obtener productos, de cualquier grado de com-plejidad, muy uniformes, con variaciones mínimas de calidad y características en¬tre ellos y ajustados a tole¬rancias muy estrictas. Estas condiciones, que serían imposibles o di¬fíciles de conseguir me¬diante técnicas de control manuales, traen como resul¬tado ahorros significativos de energía. materiales, mano de obra, espacio y dinero.

• Se pueden realizar operacio¬nes en condiciones extremas y riesgosas, por ejemplo en-samblar tarjetas electrónicas a gran velocidad o manipular remotamente objetos den¬tro de un horno o en una atmósfera de gases tóxicos. Así se mejora la se¬guridad del operario, se reducen los riesgos de accidentes de trabajo y se consigue una mayor productividad.

Los beneficios anteriores, y otros similares, son posibles gracias al hecho de que los sis-temas de control automático se diseñan para conservar uno o más parámetros de un proce-so dado dentro de límites o to¬lerancias específicas con un mínimo de intervención humana.

3. Tipos de sistemas de control industriales
La electrónica industrial, como se mencionó al co¬mienzo, trata fundamental¬mente con el análisis y de¬sarrollo de sistemas de con¬trol.
Un sistema, es simple¬mente una combinación de elementos relacionados en¬tre sí, necesarios para reali¬zar una o varias funciones que ninguno podría hacer por sí solo. Este concep¬to se aplica no solamente a sistemas físicos, como los encontrados en la industria, sino también a fenómenos abstractos y dinámicos, como los sistemas económicos, biológicos, quími¬cos, y similares.

Un sistema de control pue¬de ser definido como el me¬dio a través del cual una can¬tidad o variable cualquiera de interés en una máquina, me¬canismo o proceso, es man¬tenido o alterado de acuerdo con un patrón de comporta¬miento deseado. Por ejem¬plo. considérese el sistema de impulsión de un automóvil, figura . En este caso, la velocidad del automóvil de¬pende de la posición del ace¬lerador y puede ser manteni¬da o alterada controlando la presión sobre el pedal. El ace¬lerador, el carburador y el mo¬tor del vehículo constituyen un sistema de control básico, con una variable de entrada (la fuerza que ejerce el conductor sobre el pedal del acelerador) y una variable de salida (la ve¬locidad del automóvil).