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).

Figura 1.1 Intercambiador de Calor a ser controlado

1.2 SISTEMAS DE CONTROL

Figura 1.2. - Representacin del control del intercambiador por una persona

Medir Comparar Calcular - Corregir

1.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL

Figura 1.3. - Diagrama de Bloques General de un control Automtico

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.

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

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.

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

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.

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.

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.

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.