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. 1
Planta o proceso de fabricación Sensores Actuadores Sistema de Control Información Consignas Operador Informaciones Órdenes Entradas Salidas 2
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. 3
CONTROL INDUSTRIAL: CLASIFICACIÓN Control en Lazo Abierto Control en Lazo Cerrado Según la información que recibe el sistema de control: Sistemas Analógicos Sistemas Digitales Sistemas Híbridos Analógicos-Digitales Según la naturaleza de las señales que intervienen en el proceso: Control de Procesos Continuos Control de Procesos Discretos Según el sistema de producción que se quiere controlar: Centralizado Distribuido Según la distribución de los elementos de control: 4
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. CONTROL SISTEMA consigna perturbación salida CONTROL SISTEMA perturbación salida consigna + – 5
CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO Sistema de Control Accionamientos Planta Elementos de Señal Señales de Control Respuesta Energía Elementos de Potencia Señales de Consigna No recibe ningún tipo de información del comportamiento de la planta Sistema de Control en Lazo Abierto 6
CONTROL INDUSTRIAL: LAZO ABIERTO Vs LAZO CERRADO Sistema de Control en Lazo Cerrado Sistema de Control Accionamientos Elementos de Señal Señales de Control Respuesta Energía Elementos de Potencia Señales de Consigna Interfaces Sensores Entradas Salidas Señales de Realimentación Planta 7
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. El exceso de corrección puede introducir oscilaciones en el sistema (inestabilidad). Necesita componentes muy precisos y costosos. Es muy sensible a perturbaciones externas. 8
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 continuos la principal fuente de información es la medida de las variables del proceso Objetivo: mantener bajo control las variables del proceso Elementos básicos de control: reguladores (PD, PI, PID,…) Auge: años 60 (con el auge de la teoría de control automático) En los procesos discretos adquiere mayor relieve la información procedente del trabajo de las personas: diseños, órdenes de fabricación… Objetivo: disminuir al máximo los tiempos muertos y manejar etapas en paralelo. Auge: años 70 (con los avances en electrónica e informática) 9
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,… 10
CONTROL INDUSTRIAL: SIST. CONTINUOS Vs SIST. DISCRETOS 11
CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL 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. Sistemas Analógicos (Gp:) x(t) (Gp:) t (Gp:) DEPÓSITO (Gp:) SN (Gp:) Válvula de entrada (Gp:) Bomba de salida 12
CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL 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 Sistemas Digitales (Gp:) x(t) (Gp:) t (Gp:) x(t) (Gp:) t 13
CONTROL INDUSTRIAL: C. ANALOGICO Vs C. DIGITAL 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), Sistemas Híbridos 14
CONTROL INDUSTRIAL: FUNCIONES GENERALES DE UN SIST. DE CONTROL Procesamiento Digital Fenómeno Manipulación Medición SDA SDD Respuesta Entrada Potencia A/D D/A Sensores Accionadores ó Efectores Transductores de Salida Transductores de Entrada Demultiplexado Muestreo y retención Filtrado Acondicionamiento de señales Amplificación de potencia Muestreo y retención Multiplexado Acondicionamiento de señales Filtrado Preamplificación Aislamiento Linealización Dispositivo Sistema Máquina Proceso Organismo Vehículo Control lógico Tratamiento numérico Almacenamiento Transmisión Programas Visualización Comunicación 15
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. La finalidad SDD SDA (*)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” CONTROL INDUSTRIAL: FUNCIONES GENERALES DE UN SIST. DE CONTROL 16
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 NEUMATICA HIDRAULICA ELECTRICA RELES AUTOMATAS MICROCONTROLADORES COMPUTADORES 17
TECNOLOGIA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL 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 LOGICA CABLEADA 18
TECNOLOGIA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL 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 LOGICA PROGRAMADA 19