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Fundamentos de control automtico

Control es un trmino genrico que alude a las acciones de vigilancia, supervisin, manipulacin, manejo, etc. Se trata de una palabra de amplio uso, en lo que sigue se dar la informacin necesaria para entender el control en el sentido del manejo de plantas industriales que realizan otros sistemas artificiales.

El control supone la interaccin entre dos sistemas: el controlador y el sistema controlado, ambos forman el sistema bajo control. La interaccin ocurre cuando el controlador usa sus salidas como estmulos para el sistema controlado; a su vez la respuesta de este sirve como entrada al controlador.

A veces es posible que ambos sistemas formen fsicamente un todo, en tal caso se dice que el sistema en global presenta un control interno o auto control.

El hombre en s mismo es un sistema auto controlado que puede controlar a otros sistemas. Tal clase de control se llama manual. Con el desarrollo de la ciencia e ingeniera estos sistemas productivos artificiales han llegado a niveles de perfeccin y complejidad muy altos, el control manual se torna inadecuado en muchos casos y se hace necesario lograr mejores medios de control de los procesos productivos. La solucin moderna a lo recin sealado es el desarrollo de los sistemas de control automtico.1.1 El sistema de Control Automtico Para poder controlar la planta y los procesos que ocurren en ella, es necesario instrumentarla agregando los actuadores y sensores necesarios.

Se llama sistema de control automtico al conjunto dado por el controlador, los sensores y sistemas actuadores.

Se llama sistema bajo control al conjunto dado por la planta y el sistema de control automticoEl controlador es un instrumento que acepta como entradas posibles a seales del estado real del proceso que proviene de terreno a travs de los transmisores y las seales de ordenes que provienen del operador (set point local) y las seales de ordenes que provienen de otros instrumentos (set point remoto). Los instrumentos de terreno funcionan como los ojos del sistema de control automtico, transformando las variables vigiladas en seales admisibles para la inteligencia del controlador. A su vez este instrumento tiene la tarea de determinar por si solo (sobre la base de un programa o algoritmo) la seal de correccin que debe enviar al actuador para compensar el efecto de cargas (externas) o inestabilidades (desajustes internos).

El controlador genera el mando al actuador; este funciona como un amplificador de poder al transformar la seal manipulada m en una fuerte variable de actuacin X capaz de influir en el desempeo del proceso.

Lo descrito en el prrafo anterior es una forma de plantar la primera ley de oro del control, la que se enuncia en su forma negativa

Primera ley de oro del control:

No es posible controlar un proceso si no se puede influir en el con la energa necesaria para cambiar su desarrollo.

1.2.-El problema del Regulador.

Considrese una planta industrial y ms especifico aun, un proceso que ocurre en ella.

Una situacin deseable para el proceso es que una variable importante Y sea constante. Esta salida puede estar variando en forma indeseada debido a fluctuaciones de potencia de la carga (L), o por cargas no controladas llamadas perturbaciones. La salida ya podra estar cambiando tambin por desajustes internos del proceso (inestabilidad).

Las desviaciones de la salida actual respecto a la salida deseada son perjudiciales, desmejoran la calidad del producto o del servicio generado.

En muchos procesos, la ausencia de un sistema de control automtico, significa perdidas de materias primas y energa.

Se puede resumir que: el sistema de control automtico debe permitir que la planta industrial alcance su objetivo (realizar adecuadamente sus procesos). Para poder establecer este sistema de control automtico es necesario trabajar a nivel de la estructura material (instrumentacin) y a nivel de organizacin (estrategia de control).

2.-SISTEMAS Los sistemas tienen una existencia propia, y se comportan segn sus leyes, el responsable de la operacin puede no estar consciente de esto y muchos de los problemas de los procesos industriales tienen su origen en el funcionamiento defectuoso de algn sistema y no se percibe que la causa de la falla reside en la estructura y no en el dispositivo que parece fallar. Por ello es altamente conveniente tener una visin de sistema al enfrentar una falla de operacin. Esta unidad esta dedicada a los procesos industriales vistos como sistemas

Definicin:

Un sistema es una coleccin de elementos organizados de tal modo que su interaccin tiene un sentido y que como un todo puede responder a los estmulos provenientes del medio que lo rodea.

Una familia forma un sistema; un grupo de trabajo forma un sistema; los componentes de un automvil forman un sistema, etc.. Es importante sealar que muchas actividades de la ingeniera se relacionan con sistemas que incluyen a individuos y procedimientos. Sin embargo, la gran mayora de los sistemas con que se relaciona la ingeniera, son sistemas artificiales.

Definicin:

Una planta industrial es un conjunto de elementos que cumplen con las normas respectivas y que como conjunto est destinada a realizar Procesos.

Definicin:

Se llama proceso a cualquier transformacin de la materia o energa (o ambos).

Ejemplo de sistema: Los siguientes elementos forman en conjunto un sistema llamado Caldera: un quemador, el estanque de petrleo, las tuberas, las vlvulas, las bombas (de agua y petrleo), l depsito de agua, el domo, el conjunto de tubos, el hogar; la electrnica de ignicin y control, los instrumentos de vigilancia y proteccin.

A su vez, el estanque de petrleo, las tuberas, las vlvulas y la bomba impulsora forman el sistema de suministro de combustible.

Definicin:

Un proceso industrial, es una transformacin controlada de la materia o de la energa (o ambos) que ocurre en un sistema llamado planta industrial.

En una planta industrial (sistema) pueden ocurrir varios procesos. Lo que se controla son los procesos.

2.1.-Control y sistema de control

Los sistemas artificiales se han construido con un fin especfico. Usualmente son operados por personas, lo que significa que reciben comandos (causas) para generar respuestas (efectos).

Las plantas industriales deben funcionar de modo que sean tcnicas y econmicamente adecuadas; en realidad el aspecto tecnolgico debe evolucionar de modo que la produccin sea rentable. Esto ltimo supone economas de materiales, energa y calidad de sus productos.

Lo anterior, se logra haciendo interactuar al sistema A, con otro sistema dual llamado sistema de control para A.

El concepto de control se refiere a la interaccin entre dos sistemas, entre los que se establece una relacin muestreo - esclavo. El sistema maestro asume un rol controlador del sistema esclavo. El objetivo de esta interconexin es lograr que el sistema esclavo opere en una forma satisfactoria y alcance por tanto su sentido final.

3.-MODELOS Introduccin.

En una planta se procesan materiales y energas con objeto de producir bienes de consumo. Se acostumbra a llamar planta a la estructura fsica y proceso al conjunto de transformaciones que en ella ocurren.

La prctica ha demostrado que no es conveniente trabajar directamente con los sistemas reales cuando se tiene el propsito de mejorar sus cualidades. Usualmente, una modificacin o mejora del sistema requiere un estudio previo. Se estudian los sistemas en forma indirecta, analizando una representacin de este llamada modelo.

Existe la necesidad de medir los atributos fsicos que intervienen en los procesos. Al ser cambiantes con la ocurrencia del mismo se les identifica como variables de proceso. En la evolucin de las variables se refleja la estructura del proceso. Para comprender la organizacin del proceso se necesita relacionar las variables del mismo.

Definicin:

Un modelo es un objeto abstracto que representa al sistema real en algn aspecto que interesa.

Un mismo sistema puede generar muchos modelos segn el inters del estudio que se requiere.

Por otra parte, existen formas abstractas generales que pueden representar a sistemas distintos a estas formas se les denomina modelos bsicos.

3.1.-Modelos Matemticos De Procesos

Al trabajo intelectual y experimental que logra relacionar las cualidades de un proceso se llama modelacin.

La modelacin se desarrolla de la siguiente manera:

El sistema posee atributos o cualidades medibles que se relacionan con su propsito final.

Quien modela debe tener la experiencia suficiente como para seleccionar dentro de estos atributos medibles los ms relevantes para el propsito final.

Luego los atributos deben clasificarse en parmetros y variables.

A continuacin se deben encontrar las relaciones entre las variables y orientarlas bajo la perspectiva de causa y efecto. Cuando se ha logrado esto, se tiene el modelo matemtico del sistema.

Variables.

Definicin:

Una variable es una funcin matemtica V(t) del tiempo y cuyo valor(o amplitud instantnea) representa la magnitud del atributo a la que se refiere.

Por ejemplo: La altura de un estanque es una magnitud fsica de longitud que puede cambiar con el efecto de llenarlo o vaciarlo.

Definicin:

Variable controlada es aquella que el sistema debe controlar, generalmente es una magnitud fsica, nivel, temperatura, velocidad, humedad, presin, caudal, velocidad, etc.

Definicin:

Variable manipulada es aquella que debe modificarse para mantener a la