AUTOMATISMOS Y CONTROL 2-. SISTEMAS BASICOS DE CONTROL INDUSTRIAL

1. AUTOMATISMOS Y CONTROL2-. SISTEMAS BASICOS DE CONTROL INDUSTRIAL Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática

2. INDICE • 1. Control Industrial • 2. Control Industrial. Clasificación • 3. Lazo abierto y Lazo cerrado • 4. Sistemas continuos y Sistemas discretos • 5. Funciones esenciales de un sistema de control • 6. Tecnología de los sistemas de control

3. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL Manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema denominado PLANTA a través de otro sistema llamado CONTROLADOR o SISTEMA DE CONTROL. El objetivo de un sistema de control es el de gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula únicamente las magnitudes denominadas de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos.

4. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL Operador Consignas Información Informaciones Órdenes Sistema de Control Salidas Entradas Actuadores Sensores Planta o proceso de fabricación

5. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL EJEMPLO DE CONTROL INDUSTRIAL: Tª DE UN HORNO La temperatura del horno se mide con un termómetro. Este es un dispositivo analógico cuyo valor se digitaliza con un conversor A/D que permite que, a través de un interfaz, la temperatura sea leída por un ordenador. El ordenador, gracias a una entrada programada, produce una salida a través de un interfaz que, convenientemente amplificada actúa sobre un relé. Este relé permite encender y apagar el calefactor del horno.

6. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: CLASIFICACIÓN • Según la información que recibe el sistema de control: • Control en Lazo Abierto • Control en Lazo Cerrado • Según la naturaleza de las señales que intervienen en el proceso: • Sistemas Analógicos • Sistemas Digitales • Sistemas Híbridos Analógicos-Digitales • Según el sistema de producción que se quiere controlar: • Control de Procesos Continuos • Control de Procesos Discretos • Según la distribución de los elementos de control: • Centralizado • Distribuido

7. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO LAZO ABIERTO LAZO CERRADO Se mantiene una relación determinada entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando el error (diferencia) como medio de control. La salida no tiene efecto sobre la acción de control. Así, en estos sistemas, a cada valor de referencia le corresponde una operación fija. El sistema de control no reacciona ante las perturbaciones. El sistema de control reacciona ante las perturbaciones corrigiéndolas. perturbación perturbación salida CONTROL SISTEMA salida consigna CONTROL SISTEMA - + consigna

8. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO Sistema de Control en Lazo Abierto Energía Señales de Consigna Señales de Control Respuesta Sistema de Control Accionamientos Planta Elementos de Señal Elementos de Potencia No recibe ningún tipo de información del comportamiento de la planta

9. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO Sistema de Control en Lazo Cerrado Elementos de Señal Elementos de Potencia Energía Señales de Consigna Señales de Control Respuesta Sistema de Control Accionamientos Planta Entradas Salidas Señales de Realimentación Interfaces Sensores

10. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO LAZO ABIERTO LAZO CERRADO Poco sensible a perturbaciones externas y a las variaciones internas de los parámetros del sistema. Es mucho mas sencillo crear un sistema estable. Permite emplear componentes de menor precisión y coste. Necesita componentes muy precisos y costosos. El exceso de corrección puede introducir oscilaciones en el sistema (inestabilidad). Es muy sensible a perturbaciones externas.

11. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS CONTROL DE PROCESOS DISCRETOS Las industrias manufactureras originaban largas cadenas de producción. Motor del diseño de grandes tableros de relés Las industrias de proceso continuo fueron el Motor del desarrollo de la instrumentación y el control automático En los procesos discretos adquiere mayor relieve la información procedente del trabajo de las personas: diseños, órdenes de fabricación... En los procesos continuos la principal fuente de información es la medida de las variables del proceso Objetivo: mantener bajo control las variables del proceso Objetivo: disminuir al máximo los tiempos muertos y manejar etapas en paralelo. Elementos básicos de control: reguladores (PD, PI, PID,...) Auge: años 70 (con los avances en electrónica e informática) Auge: años 60 (con el auge de la teoría de control automático)

12. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS CONTROL DE PROCESOS DISCRETOS El sistema de control se encarga de controlar eventos y tiempos. La ingeniería de control de procesos se encargará de determinar la acción de control más apropiada para un determinado proceso (ON/OFF, P, PI, PID,…). Ejemplos de variables a controlar: temperatura, presión, humedad, PH,… Ejemplos de variables a controlar: cantidad, acabado, productividad,…

13. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS

14. x(t) Válvula de entrada t SN DEPÓSITO Bomba de salida 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL Sistemas Analógicos • Señales de tipo continuo, con un margen de variación determinado • Suelen representar magnitudes físicas del proceso: • presión, • temperatura, • velocidad, etc • Mediante una tensión o corriente proporcionales a su valor: • 0 a 10 V, • 4 a 20 mA, etc.

15. x(t) x(t) t t 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL Sistemas Digitales • Señales todo o nada, o Señales binarias, que sólo pueden presentar dos estados o niveles: • abierto o cerrado, • conduce o no conduce, • mayor o menor, etc. • Estos niveles o estados se suelen representar por variables lógicas o bits, cuyo valor puede ser sólo 1 o 0 (álgebra de Boole). • Se pueden distinguir dos grupos: • Automatismos Lógicos: trabajan con variables de un solo bit • Automatismos Digitales: procesan señales de varios bits

16. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL Sistemas Híbridos • Procesan a la vez señales analógicas y digitales. • Se tiende a que la unidad de control sea totalmente digital y basada en un microprocesador. • Señales todo o nada en forma de bits • Señales analógicas numéricamente • Conversión analógico-digital (A/D). • Conversión digital-analógica (D/A),

17. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: FUNCIONES GENERALES DE UN SIST. DE CONTROL Procesamiento Digital Control lógico Tratamiento numérico Almacenamiento Transmisión Medición Manipulación A/D D/A Programas Visualización Comunicación • Muestreo y retención • Multiplexado • Acondicionamiento de señales • Filtrado • Preamplificación • Aislamiento • Linealización Demultiplexado Muestreo y retención Filtrado Acondicionamiento de señales Amplificación de potencia SDA SDD Potencia Transductores de Salida Transductores de Entrada Accionadores ó Efectores Sensores Dispositivo Sistema Máquina Proceso Organismo Vehículo Respuesta Entrada Fenómeno

18. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL CONTROL INDUSTRIAL: FUNCIONES GENERALES DE UN SIST. DE CONTROL La finalidad • de un Sistema de Adquisición de Señales(SAD)es capturar las señales procedentes del proceso y transformarlas a un formato entendible por el computador, • mientras que la función de un Sistema de Distribución de Señales(SDD) es enviar al proceso las señales de control generadas por el computador. SDA SDD (*)Computador:“Máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida”

19. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL TECNOLOGIA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL Los automatismos han seguido un desarrollo parejo al avance tecnológico experimentado durante las últimas décadas. TECNOLOGIA DE AUTOMATIZACION LOGICA CABLEADA LOGICA PROGRAMADA ELECTRICA NEUMATICA AUTOMATAS MICROCONTROLADORES HIDRAULICA COMPUTADORES RELES

20. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL TECNOLOGIA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL LOGICA CABLEADA Las uniones físicas entre los elementos eléctricos (relés electromagnéticos, interruptores, pulsadores, etc.) se realiza mediante cables. En el caso de la tecnología neumática e hidráulica las conexiones se efectúan mediante tubos de acero, cobre, PVC, etc. y los elementos empleados son válvulas, presostatos, reductores,… Si bien la tecnología cableada eléctrica está siendo ampliamente sustituida por la programada, las tecnologías neumática e hidraúlica siguen inconvenientes : * Imposibilidad de realización de funciones complejas de control * Gran volumen y peso * Poca flexibilidad frente a modificaciones * Reparaciones costosas

21. 2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL TECNOLOGIA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL LOGICA PROGRAMADA • Desarrollada a partir de la aparición del microprocesador, hace uso de autómatas programables (PLC), tarjetas microcontroladas y computadores industriales como cerebro del sistema de control. • Como ventajas presenta : • Gran flexibilidad • Posibilidad de cálculo científico e implementación de tareas complejas de control de procesos, comunicaciones y gestión • Por citar algún inconveniente, presenta la necesidad de formación en las empresas de personal adecuado para su programación y asistencia, al tratarse de verdaderas herramientas informáticas; también, su relativa vulnerabilidad frente a las agresivas condiciones del medio industrial