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1.1 CONTROL AUTOMTICO Se entiende por control automtico, el
mantener estable una variable de proceso mediante un dispositivo,
por lo general electrnico, cuyo valor deseado est almacenado en la
memoria de ste y al recibir la seal de la variable controlada
realiza los clculos y estima la accin sobre la variable manipulada,
corrigiendo y estabilizando el sistema de control. Este dispositivo
elctrico conocido como controlador, se encuentra en el mercado bajo
la denominacin de PLC (Controlador Lgico Programable), controlador
de lazo digital (microcontrolador) y PC (computadora personal).
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Figura 1.1 Intercambiador de Calor a ser controlado
1.2 SISTEMAS DE CONTROL
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Figura 1.2. - Representacin del control del intercambiador por
una persona
Medir Comparar Calcular - Corregir
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1.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL
Figura 1.3. - Diagrama de Bloques General de un control
Automtico
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1.3.1. Sensor Elemento Primario de Medicin
Son elementos de medicin de variables del proceso, siendo
algunos usados para lectura
e indicacin y otros para transformar la variable medida en una
seal elctrica, los ms
usados en la industria son los de nivel, de presin, de
temperatura, de flujo, de proximidad
entre otros. Esta seal va hacia la entrada del controlador para
ser comparada con el
valor de referencia o set point determinando el error y la accin
de control.
1.3.1.1 Tipos de Sensores:
a. De Contacto o No Contacto
Los sensores de contacto realizan la medida contacto fsico con
el producto; por ejemplo los sensores de boyas para medir el nivel
de un tanque.
Un sensor de no contacto se basa en las propiedades fsicas de
los materiales para
realizar su medida, son menos propensos a fallas; su uso se ve
limitado por la
caracterstica del material a medir o por la gran interferencia
en el ambiente de instalacin,
ocasionando malas lecturas. Un ejemplo de este tipo de sensor es
el medidor de flujo
ultrasnico.
b. Digital o Analgico
Los sensores digitales son ms fciles de usar y trabajan como una
computadora en
forma binaria (unos y ceros), los sensores digitales trabajan en
dos estados: encendido
(on) o apagado (off). Muchas aplicaciones implican ausencia o
presencia de algo.
Los sensores analgicos proporcionan medidas continuas, pudiendo
ser ms utilizadas en
diversos parmetros de operacin, como son: el nivel, la presin,
temperatura y el flujo,
caracterizndose por funcionar en un rango de 4 a 20 ma.
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Controlador El controlador es un instrumento para detectar los
desvos existentes entre el valor medido por un sensor y el valor
deseado o set point, programado por un operador; emitiendo una seal
de correccin hacia el actuador como se observa en la figura 1.4.
Los controladores pueden ser del tipo: manual, neumtico digitales;
as como las computadoras con tarjetas de adquisicin de datos y los
PLC (Controladores Lgicos Programables).
Figura 1.4. - Control Automtico de nivel sencillo
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1.3.3. Actuador Elemento Final de Control
Los actuadores son los elementos finales de control, tienen por
funcin alterar el valor de la variable manipulada con el fin de
corregir o limitar la desviacin del valor controlado, respecto al
valor deseado. Los fabricantes actualmente proveen una serie de
actuadores como: motores, vlvulas, rels, y swicthes.
1.3.3.1 Actuadores Elctricos Son usados en la industria y en
aplicaciones comerciales para posicionar dispositivos de
movimientos lineal o rotacional. Tales como swicthes, rels, motores
y otros.
1.3.3.2 Actuadores Neumticos Aceptan seales de presin pequeas,
desde los posicionadores neumticos y mediante un diafragma,
convierten estas seales en movimientos mecnicos.
1.3.3.3 Actuadores Hidrulicos Los actuadores hidrulicos operan
en forma similar a los posicionadores neumticos, pero con una mayor
fuerza de accin, para ser usados en compuertas, gras, elevadores y
otros.
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1.3.4.1 Caractersticas Dinmicas de las Variables de Proceso
Son para conocer las perturbaciones que desestabilizan el
equipo.
a. Inercia Propiedad de los cuerpos tendientes a no variar del
estado estacionario sin la intervencin de una fuerza extraa; por
ejemplo algunos sistemas de flujo de fluidos en los cuales la masa
puede ser acelerada.
b. Resistencia y Capacidad Las partes del proceso tendientes ha
almacenar masa o energa son denominadas capacidad y las partes con
cualidades de resistir la transferencia de energa o masa son
denominadas resistencia.
c. Atraso de Transporte Otro factor importante para la dinmica
de procesos incluye el movimiento de masas entre dos puntos y es
denominado atraso de transporte o tiempo muerto.
1.3.4.2 Respuesta de los procesos frente a una perturbacin
Las respuestas de un proceso a una determinada perturbacin estn
casi siempre caracterizadas por dos constantes: una constante de
tiempo () y una ganancia esttica. La ganancia es la amplificacin o
atenuacin de la perturbacin en el interior del proceso y no tiene
interferencia con las caractersticas de tiempo de respuesta.
La constante de tiempo, es la medida necesaria para ajustar un
sistema de una perturbacin en la entrada y puede ser expresada como
producto: = resistencia x capacidad
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1.4 SEALES Una seal se define como una cantidad fsica variando
con el tiempo, el espacio o cualquier otra variable
independiente.
1.4.1 Seales Elctricas: Seales Analgicas y Seales Digitales. Los
equipos para medir las seales analgicas y digitales pueden ser: Los
polmetros, miden tensiones (corrientes). Las impedancias, miden
resistencias (capacidades), y Las sondas lgicas, indican si se
encuentra en el nivel (0 1).
1.4.1.1 Seales Analgicas Tambin denominada seal en tiempo
continuo, se caracteriza por tomar cualquier valor dentro de unos
determinados mrgenes y llevar la informacin en su amplitud.
1.4.1.2 Seales Digitales Estas seales toman un nmero finito de
niveles o estados entre un mximo y un mnimo, las mas utilizadas son
las binarias, teniendo dos niveles asignados a los nmeros binarios
0 y 1.
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Seal Neumtica
Se define como la variacin fsica a travs de la compresin o
expansin de un fluido gaseoso generalmente el aire en un
determinado tiempo.
Su uso es en la actuacin sobre elementos finales de control como
las vlvulas, pistones robots, etc.
Seal Hidrulica
Es la variacin de la presin de un fluido lquido como aceites de
alta viscosidad con respecto al tiempo.
Se utiliza en la actuacin de elementos finales de control donde
requieran actuacin con una fuerza considerable, como por ejemplo,
compuertas, robots, pistones, etc.
Seales de Sonido
Es el movimiento vibratorio de los cuerpos en una frecuencia
determinada generando una onda al desplazarse a travs de un fluido.
Su aplicacin es en la transmisin de informacin a alarmas, etc.
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1.5 SISTEMAS DE CONTROL AUTOMTICO
El objetivo es mantener una variable llamada controlada prxima a
un valor deseado conocido como punto de ajuste set-point.
El trmino regularizacin es usado para describir la accin de
control de agentes de perturbacin del estado de equilibrio de la
variable controlada.
Un sistema de control, solamente puede llegar a la regulacin,
aplicando en oposicin a las fuerzas perturbadoras llamadas cargas,
correcciones equivalentes en una o ms variables denominada
manipuladas. La variable controlada permanecer estable, en el
proceso mientras se encuentre en estado estacionario. Este
equilibrio puede ser alcanzado por sistemas de control clsico o
moderno.
1.5.1 Sistemas de Control Clsico
1.5.1.1 Sistemas de Control de Lazo Abierto
Sistemas de control de lazo abierto cuando la salida no tiene
efecto sobre la accin de control, es decir no se compara la salida
con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de
referencia corresponde una condicin de operacin fija. As, la
precisin del sistema depende de la calibracin y del operador cuya
funcin ser la del controlador.
En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo
abierto no cumple su funcin asignada, por no tener una forma de
conocer el resultado del control efectuado o salida del proceso. En
la prctica el control de lazo abierto slo se utiliza si la relacin
entre la entrada y la salida es conocida y si no se presentan
perturbaciones tanto internas como externas significativas.
1.5.1.2 Sistema de Control de Lazo Cerrado
Sistema de control de lazo cerrado cuando frente a presencia de
perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida del
sistema y el valor deseado o set point; realizando el control de
forma automtica.
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1.5.2 Sistemas de Control Moderno
1.5.2.1 Control Adaptativo
Es un mtodo en el cual la respuesta de un controlador vara
automticamente basado en los cambios de las condiciones dentro del
proceso y puede emplearse en diversas aplicaciones, como en el
control del pH. 1.5.2.2 Control Difuso
Este control utiliza la lgica difusa a travs de conceptos de
inteligencia artificial capaz de convertir una muestra de la seal
real a nmeros difusos, para tratarlos segn las reglas de inferencia
y las bases de datos determinados en las unidades de decisin,
logrando estabilizar el sistema sin la necesidad de fijar un punto
de referencia.
1.5.2.3 Redes Neuronales Artificiales
Estn diseadas para actuar como lo hace el cerebro humano
conectando la red entre los elementos de la forma ms sencilla para
poder ser entrenados y realizar funciones complejas en diversos
campos de aplicacin.