El ser humano siempre ha buscado la creación de nuevas herramientas
y máquinas que le faciliten la realización de aquellas tareas más peligrosas,
pesadas y repetitivas. En los últimos tiempos, la aparición de máquinas
altamente sofisticadas ha dado lugar a un gran desarrollo del campo de la
automatización y el control de las tareas, aplicado ya en muchas máquinas
De esta necesidad nace la automatización industrial que es la aplicación de diferentes tecnologías para controlar y monitorear un proceso, máquina, aparato o dispositivo que por lo regular cumple funciones o tareas repetitivas, para que su operación sea automática con lo que se reduce al mínimo la intervención de los trabajadores.
Comprende el uso de varios elementos que en su conjunto comprenden un sistema y que realizan tareas programables. Por lo regular implica la sustitución de personas por máquinas.; Algunos sistemas de automatización que cuentan con control central computarizado tienen la ventaja de concentrar una gran cantidad de datos de proceso que aportan información para mejorar las diferentes variables de desempeño.
Este concepto ha ido cobrando mucha importancia en las ultimas décadas donde la automatización se apodero de la mayor parte de las industrias productivas:
Video: ¿Qué es la automatización?
Definiciones conceptuales
¿Qué es la automatización?
La automatización es el conjunto de elementos o procesos informáticos, mecánicos y electromecánicos que operan con mínima o nula intervención del ser humano. estos normalmente se utilizan para optimizar y mejorar el funcionamiento de una planta industrial, pero igualmente puede utilizarse la automatización en un estadio, una granja o hasta en la propia infraestructura de las ciudades.
Comparando al ser humano vs las maquinas.
La retroalimentación y la capacidad de hacer ajustes con esa información es la que indica que tan autosuficiente es un sistema automatizado, un brazo robótico que se utiliza en el armado de autos es un ejemplo de alta independencia, ya que con sus sensores y su programación puede ejecutar su tarea sin intervención humana, un tanque de leche que solo tiene un sensor de temperatura, pero el apagado o prendido del mismo se hace de forma manual es un ejemplo de un sistema semiautomatizado.
¿Qué es un sistema automatizado?
Es un sistema donde se transfieren tareas de
producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto
de elementos tecnológicos, como ya se mencionó en las secciones anteriores.
Un sistema automatizado consta principalmente de dos partes: una de mando
y otra operativa. Esta última es la que actúa directamente sobre la máquina
haciendo que se mueva y realice la operación deseada gracias a los
actuadores y sensores que la componen. La parte de mando, sin embargo,
suele ser un autómata programado que está en el centro del sistema y es
capaz de comunicarse con el resto de constituyentes del sistema.
Las etapas de desarrollo de un Sistema Automatizado son las
siguientes:
1. Falta de aparatos automáticos y manuales para la adquisición de los
datos principales. Procesamiento de datos por medio de aparatos de
medida semiautomáticos.
2. Utilización de aparatos de registro y regulación automáticos para las
mediciones indirectas.
3. Empleo de sistemas con control centralizado y procesamiento de datos
por medio de aparatos de computación programables con o sin
conexión física directa.
4. Utilización de: convertidores analógico-digital para datos analógicos,
sistemas de medida de información con sistemas de computadores
embebidos, automatización compleja para complejos indirectos y
mediciones combinadas, automatización del diseño gráfico, etc.
5. Uso de redes de ordenadores miniaturizadas, embebidas y con PC,
desarrollo de sistemas para logística, así como de técnicas cibernéticas
como la auto-regulación, compresión automática de los datos,
acumulación y sistematización de las bases de datos, etc.
Video: sistemas automatizados.
Sistemas de control.
¿Qué es un sistema de control?
Es un sistema compuesto por un grupo de elementos que busca ejercer control sobre otros sistemas. Tiene como objetivo, completar de manera efectiva las tareas y asignaciones para las cuales fue programado. Para ello, deben comportarse de manera estable ante los errores.
Estos sistemas gozan de gran utilidad en la vida moderna por sus destrezas para resolver información automatizada.
La apertura de los sistemas de control en las civilizaciones es de larga data. Se conoce que el primer registro de este tipo se realizó en la antigua Grecia. En este período se realizaron unidades que regulaban una plataforma que podía flotar sobre el agua. Este fenómeno es considerado por la historia como el primer sistema de control automatizado elaborado por el hombre.
Ya en la época moderna los avances eran más significativos con relación a este tema. En este período y de la mano de Denis Papin, se crea el primer regulador de presión, que a la fecha aún sigue teniendo utilidad.
El auge que ha tenido la tecnología en los últimos tiempos ha permitido avanzar los sistemas de controles automatizados, generando nuevas teorías, procesos y clasificaciones que iremos conociendo más adelante.
Tipos de sistemas de control
Hasta el momento existen dos tipos de sistemas de control, el creado por el ser humano y los hechos por sistemas automáticos. Nos concentraremos en detallar la clasificación de este último.
Los sistemas de control pueden desarrollarse de la siguiente manera, no obstante a medida que se realicen nuevos descubrimientos, es posible que la lista crezca. Por ahora nos dedicaremos a los ya comprobados.
Sistema de control automático: Son aquellos de forma automática realizan procesos exactos, rápidos e independientes. Funcionan para medir datos y cotejarlos con los de salida. Están enmarcados en los sistemas de lazo cerrado, donde la salida que se quiere controlar se alimenta de la entrada y pueden realizar la comparación.
Sistema de control de lazo abierto: Funcionan con un comportamiento diferente al explicado anteriormente, en estas técnicas la salida no tiene consecuencia sobre el sistema de control para concertar la operación.
De acuerdo a la respuesta esperada: Tal como lo dice su nombre, están clasificados de acuerdo a la respuesta que se desee obtener. Al respecto, existen dos tipos, los estables que se dedican a ofrecer una indicación reducida en su salida y los inestables, que realizan entradas resumidas y no resumidas.
Híbridos o conjuntos: Son aquellos donde está presente la mano del hombre y la automatización
Partes de un sistema de control.
Sistema de control de lazo abierto
Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.
Los elementos de un sistema de control de lazo abierto son:
- Preaccionador
- Actuador
- Planta o Proceso
Sistema de control de lazo cerrado
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.
Los elementos de un sistema de control de lazo cerrado son:
- Detector de error
- Regulador
- Preaccionador
- Actuador
- Planta o Proceso
- Transductor
Donde
Señal de referencia o consigna: Es una señal externa de control y, con ella, imponemos el valor deseado en la señal salida.
Señal de salida o respuesta: Es el valor real en cada instante que toma la señal que pretendemos controlar.
Perturbaciones: Las perturbaciones se producen de forma imprevista y provocan una desviación de la señal real respecto de la señal deseada. Pueden ser internas, que dependen del propio sistema como puede ser el envejecimiento de componentes, o externas como, por ejemplo, la apertura de una ventana en un local que se está climatizando.
Comparador o detector de error: Es el dispositivo encargado de comparar el valor de referencia con el valor de la realimentación. El resultado de dicha comparación constituye el error de funcionamiento o desviación de la salida con relación al valor previsto.
Regulador: Es el dispositivo encargado de amplificar y modificar adecuadamente la señal de error que le proporciona el comparador con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más eficaz y presente mejores características de funcionamiento en cuanto a precisión, estabilidad , tiempo de respuesta y sobre oscilaciones. Los reguladores pueden ser de los tipos siguientes: proporcionales (P), proporcional-derivativo (PD), proporcional-integrativo (PI), proporcional-derivativo-integrativo (PID).
Preaccionador: Tiene por finalidad amplificar la señal procedente del regulador para atacar al actuador.
Actuador: Es el dispositivo de potencia situado en la planta cuyo objeto es entregar energía o realizar un trabajo para mantener el valor de salida en el valor deseado.
Planta o sistema: Es el lugar donde se desea realizar la acción de control.
Transductor: Consiste en un dispositivo capaz de medir en cada instante el valor de la magnitud de salida y proveer una señal proporcional a dicho valor. Normalmente todo transductor consta de dos partes diferenciadas: El captador o sensor, cuya finalidad es captar directamente la magnitud medida (presión, nivel, caudal, temperatura, velocidad, posición, iluminación, etc.;) y El transmisor, que transforma la magnitud vista por el captador en una señal, generalmente eléctrica o neumática, que se enviará al detector de error.
Transductores de Posición, Proximidad y Desplazamiento
- Transductores resistivos
- Transductores Inductivos
- Transductores Capacitivos
- Interruptores Final de carrera
Transductores de Velocidad
- Tacómetros Mecánicos
- Tacómetros Eléctricos
Transductores de Temperatura
- Termorresistencias
- Termistores
- Termopares
- Pirómetros de radiación
Transductores de Presión
- Transductores Mecánicos
- Transductores Electromecánicos
- Transductores de Vacío
Medida de la Iluminación
- Fotorresistencias
- Fotodiodos
- Fototransistores
Elementos del sistema de control
Dispositivos de entrada de órdenes:
- Binarios: Dan ordenes del tipo si/no, verdadero/falso, activado/desactivado. Los principales son pulsadores, interruptores y conmutadores.
- Alfanuméricos: Permiten introducir números y/o letras. Los principales son teclados y preselectores digitales.
Dispositivos de entrada de información:
Son sensores y toman datos de las variables implicadas en el proceso (de estado y salidas) y se las envían a la unidad de control. Hay sensores de temperatura, presión, posición, humedad, etc.
- Alfanuméricos: displays de 7 segmentos, impresoras, pantallas crt, lcd, tft, etc.
- Analógicos: indicadores de aguja
Controlador:
A partir de la información proporcionada por los dispositivos de entrada (sensores) establece como debe reaccionar el actuador mediante órdenes. Muchas veces se necesita de acondicionadores de señal para adaptar las señales de los sensores a las entradas de los controladores
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