TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

Instrumentos de control:

La automatización industrial requiere de múltiples instrumentos de medición y control. Estos factores o instrumentos ayudan a asegurar el control de procesos.

Se pueden establecer normas de calidad en los resultados de producción y mantener un sistema de monitoreo. Gracias a la instrumentación, es posible implementar seguridad a elementos complejos como:

• Cargas o tensiones eléctricas
• Temperaturas en equipos
• Velocidad y peso en procesos
• Presión y fuerza

Son muchos los instrumentos de control y medición utilizados en la industria, pero los más importantes para la automatización son los siguientes:

Transductor

Se trata de un dispositivo que recibe energía de un sistema, y suministra energía. Este suministro puede ser del mismo tipo o de otro sistema. En general transforman la señal que reciben en una de tipo eléctrico o neumático, que es más fácil de medir y transmitir. El transductor puede dividirse en pasivo, activo y digital.

Imagen: Transductor eléctrico.

Receptores

Estos son instrumentos que reciben las señales provenientes de los transmisores. Otros instrumentos como los registradores y controladores son considerados receptores.

Imagen: Receptor modular

Transmisores

Este instrumento asume una tarea altamente compleja. Debe captar la variable medida a través de un sensor y convertirla en una señal estándar para transmitir. Para la transmisión existen estándares, tanto para analógica como digital.

Imagen: Transmisores de presión.

Indicadores

Estos instrumentos se usan para mostrar visualmente el valor presente de una cantidad medida. Generalmente manejan un índice y una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Hoy en día ya existen los indicadores digitales, mismos que pueden incorporar sensores.

Imagen: Indicador analógico 

Convertidores

Diseñados para cambiar de una señal estándar a otro tipo de señal. Los convertidores pueden ser de dos tipos:

• Tipo P/I para convertir señales de entrada neumática a señales eléctricas
• Tipo I/P para convertir señales eléctricas en neumáticas

Este instrumento es muy utilizado cuando existe instrumentación neumática in situ.

Imagen: Convertidor de energía neumática

Controladores

Estos instrumentos regulan la variable controlada y la comparan con un valor predeterminado. Enseguida ajustan la salida de acuerdo con la diferencia o resultado de la comparación. Con esta comparación se logran acciones correctivas.

Los controladores también se usan para realizar estrategias de control secuencial. Es aquí cuando reciben el nombre de PLC o controlador lógico programable.

Interruptores de límite

Estos instrumentos captan el valor de cierta variable de proceso y cambian de estado cuando la

variable excede cierto valor. En buena medida, actúan como interruptores de acción. Un ejemplo sencillo es el de un termostato.

Imagen: Termóstato

Funciones de un sistema automatizado.

Los sistemas automatizados buscan imitar las acciones de los seres vivos, a través de un conjunto de funciones encadenadas para lograr un resultado. De esta manera los sistemas funcionan con una entrada, un procesamiento y una salida.

La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose resaltar las siguientes:

• Mejora la calidad del trabajo del operador y el desarrollo del proceso. (mayor seguridad y protección)
• Racionalización y uso eficiente de la energía, trabajo, tiempo, dinero y la materia prima (reducción de costos).
• Reducción en los tiempos de procesamiento de información.
• Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible)
• Conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso.
• Mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso.
• Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos.
• Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y autodiagnóstico.
• Disminución de la contaminación y daño ambiental.

Video: Sistema automatizado funciones.

Planta y procesos.

PLANTA. - Conjunto de equipos físicos  (motor, horno, caldera, reactor, intercambiador de calor, biorreactor, equipo de acondicionamiento de aire acondicionado, evaporador, etc.). que tiene como finalidad de realizar una operacion o función determinada.

PROCESO. -Es una serie de acciones operaciones que se desean controlar con la finalidad de realizar una determinada acción (Proceso de destilación, proceso de cristalización, etc.).

Perturbación y realimentación.

Sistema de control manual.

Para obtener una respuesta del sistema, interviene el hombre sobre el elemento de control.

La acción del hombre es, entonces, la que actúa siempre sobre el sistema (cierra o abre, acciona un interruptor, aprieta el freno...), para producir cambios en el funcionamiento. Encontramos sistemas de control manuales, por ejemplo, en: 

• El frenado de un auto.
• El encendido y el apagado de las luces en una habitación.
• La operación de la hornalla de gas de una cocina.
• El control del agua de una canilla.
• Etc.

Sistemas de control automáticos.

Los sistemas de regulación y control se clasifican en dos tipos:

1. Sistemas de control en lazo abierto.
2. Sistemas de control en lazo cerrado.

Sistema de control en lazo o bucle abierto:

En ellos la señal de salida no influye sobre la señal de entrada.

La exactitud de estos sistemas depende de su programación previa. Es preciso se prever las relaciones que deben darse entre los diferentes componentes del sistema, a fin de tratar de conseguir que la salida alcance el valor deseado con la exactitud prevista.

El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:

Estos sistemas se controlan directamente, o por medio de un transductor y un actuador

La función del transductor es modificar o adaptar la señal de entrada, para que pueda ser procesada convenientemente por los elementos que constituyen el sistema de control.

• Un ejemplo de este tipo de sistemas es el proceso de lavado realizado por una lavadora automática. La señal de salida (blancura de la ropa) no influye en la entrada. La temperatura del agua, si incluye proceso de prelavado y lavado tienen una trascendencia importante, si está bien programada, cada proceso tendrá la duración adecuada para conseguir alcanzar el objetivo final, que será obtener la limpieza prevista.

• Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no depende de la luz presente, sino de los tiempos prefijados de antemano por el interruptor horario.

Una característica importante de los sistemas de lazo abierto es que dependen de la variable tiempo y la salida es independiente de la entrada.

Los sistemas en bucle abierto tienen el inconveniente de ser muy sensibles a las perturbaciones. Así por ejemplo en una sala cuya temperatura se controle mediante un sistema en lazo abierto, si circunstancialmente se quedase una ventana abierta (perturbación), el sistema no sería capaz de adaptarse a esta nueva situación y no se alcanzaría la temperatura deseada.

Sistemas de control en lazo cerrado:

En ellos, la señal de salida influye en la entrada. Esto se consigue mediante un proceso de realimentación (feedback).

La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable controlada) es comparada con la entrada del sistema, de forma que el proceso de control depende de ambas. 

En estos sistemas un transductor mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal.

Este valor relacionado con la señal de salida, se realimenta al sistema, de forma que ésta influye directamente sobre el proceso de control.

El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de control en lazo cerrado es:

En él, la salida es realimentada hacia la entrada; ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) es la señal de error.

La señal de error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control tratando de reducir el error a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna.

Un ejemplo de este tipo de control sería el sistema de control de temperatura de una habitación. El transductor sería un dial con el que seleccionamos el grado de calentamiento deseado, el actuador será una caldera y el captador sería un termómetro. Éste último actúa como sensor midiendo la temperatura de la habitación, para que pueda ser comparada con la de referencia, si la temperatura no fuese directamente comparable, por medio de un transductor se convertiría en otra magnitud más manipulable.

Los sistemas en lazo cerrado son prácticamente insensibles a las perturbaciones, ya que cualquier modificación de las condiciones del sistema que afecten a la salida, serán inmediatamente rectificadas por efecto de la realimentación, con lo que las perturbaciones se compensan, y la salida resulta independiente de éstas.

Los sistemas en lazo cerrado presentan las siguientes ventajas frente a los de lazo abierto.

• Más exactos en la obtención de los valores requeridos para la variable controlada.
• Menos sensibles a las perturbaciones.
• Menos sensibles a cambios en las características de los componentes.

Aunque tienen las siguientes desventajas:

• Son significativamente más inestables.
• Son más caros.
• Al ser más complejos son más propensos a tener averías, y presentan mayor dificultad en su mantenimiento.