Transcript TEMA 2 - AUTOMATISMOSYCONTROL

Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática
INDICE
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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
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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.
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
Operador
Consignas
Información
Informaciones
Órdenes
Sistema de
Control
Entradas
Sensores
Salidas
Actuadores
Planta o proceso de fabricación
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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.
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: CLASIFICACIÓN
Según la información que recibe el
sistema de control:
Según la naturaleza de las señales que
intervienen en el proceso:
Control en Lazo Abierto
Control en Lazo Cerrado
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
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO
LAZO ABIERTO
LAZO CERRADO
La salida no tiene efecto sobre la acción
de control. Así, en estos sistemas, a
cada valor de referencia le corresponde
una operación fija.
Se mantiene una relación determinada
entre la salida y la entrada de referencia,
comparándolas y usando el error
(diferencia) como medio de control.
El sistema de control no reacciona ante
las perturbaciones.
El sistema de control reacciona ante las
perturbaciones corrigiéndolas.
perturbación
perturbación
salida
salida
consigna
CONTROL
CONTROL
SISTEMA
SISTEMA
+
-
consigna
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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
Sistema de
Control
Elementos de Señal
Respuesta
Accionamientos
Planta
Elementos de Potencia
No recibe ningún tipo de información del comportamiento de la planta
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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
Entradas
Señales de
Control
Sistema de
Control
Salidas
Respuesta
Accionamientos
Planta
Señales de
Realimentación
Interfaces
Sensores
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO
LAZO ABIERTO
Es mucho mas sencillo crear un sistema
estable.
LAZO CERRADO
Poco sensible a perturbaciones externas
y a las variaciones internas de los
parámetros del sistema.
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.
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS
CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS
CONTROL DE PROCESOS DISCRETOS
Las industrias de proceso continuo
fueron el Motor del desarrollo de la
instrumentación y el control automático
Las industrias manufactureras originaban
largas cadenas de producción. Motor del
diseño de grandes tableros de relés
En los procesos continuos la principal
fuente de información es la medida de
las variables del proceso
En los procesos discretos adquiere mayor
relieve la información procedente del
trabajo de las personas: diseños, órdenes
de fabricación...
Objetivo: mantener bajo control las
variables del proceso
Elementos
básicos
de
reguladores (PD, PI, PID,...)
control:
Objetivo: disminuir al máximo los
tiempos muertos y manejar etapas en
paralelo.
Auge: años 70 (con los avances en
electrónica e informática)
Auge: años 60 (con el auge de la teoría
de control automático)
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS
CONTROL DE PROCESOS CONTINUOS
CONTROL DE PROCESOS DISCRETOS
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,…).
El sistema de control se encarga de
controlar eventos y tiempos.
Ejemplos de variables a controlar:
temperatura, presión, humedad, PH,…
Ejemplos de variables a controlar:
cantidad, acabado, productividad,…
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL
Válvula de
entrada
x(t)
SN
DEPÓSITO
Sistemas Analógicos
t
Bomba de
salida
• 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.
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL
x(t)
x(t)
Sistemas Digitales
t
t
• 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
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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),
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2. SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL INDUSTRIAL
CONTROL INDUSTRIAL: FUNCIONES GENERALES DE UN SIST. DE CONTROL
Procesamiento Digital
Medición
Control lógico
Tratamiento numérico
Almacenamiento
Transmisión
A/D
Programas
Visualización
D/A
Manipulación
Comunicación
SDA
Muestreo y retención
Multiplexado
Acondicionamiento de señales
Filtrado
Preamplificación
Aislamiento
Linealización
Transductores
de Entrada
Sensores
Respuesta
Demultiplexado
Muestreo y retención
Filtrado
Acondicionamiento de señales
Amplificación de potencia
Potencia
Dispositivo
Sistema
Máquina
Proceso
Organismo
Vehículo
Fenómeno
Transductores
de Salida
SDD
Accionadores ó
Efectores
Entrada
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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”
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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
NEUMATICA
LOGICA
PROGRAMADA
ELECTRICA
AUTOMATAS
MICROCONTROLADORES
HIDRAULICA
COMPUTADORES
RELES
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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
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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
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