SISTEMAS AUTOMATIZADOS Y REDES INDUSTRIALES

Ing. Eliezer Valencia LópezIngeniero Electromecánico

• Dinámica de presentación.

• Mecánica de curso

Evaluación: Examen 70 %

Trabajos 20 %

Asistencia 10%

Objetivo de la Asignatura:

El alumno aplicará las técnicas básicas de control para la óptima operación y conservación de equipos, mediante la aplicación de sistemas de control de lazo abierto y lazo cerrado.

Temario.-

Unidad 1: Conceptos Básicos de Control.

1.1.- Sistemas de control.1.2.- Lazo abierto y cerrado.1.3.- Sistemas lineales.1.4.- Tipos de controladores.

Unidad 2: Entrada y Salida Analógica.

2.1.- Codificadores angulares y lineales.2.2.- Termopares y RTD.

2.3.- Acelerómetros.2.4.- Válvulas proporcionales.2.5.- Control de movimiento.

Unidad 3: Sistemas con PLC.

3.1.- Arquitectura de sistemas compactos y modulares.3.2.- Lenguajes normalizados IEC 61131-3.3.3.- Programación avanzada de PLC.3.4.- Instalación de sistemas de control basados en PLC

Unidad 4: Servo Control.

4.1.- Estructura de un sistema servo controlado.4.2.- Programación de un sistema servo controlado.4.3.- Identificación y corrección de fallas en sistemas servo controlados.

Unidad 5: Redes Industriales.

5.1.- Topologías de red.5.2.- Protocolos de comunicación.

5.3.- Buses de campo.5.4.- Integración de una red industrial.

Bibliografía.-

• Ingeniería de Control Moderna.Autor: Katsuhiko Ogata, Edit: Prentice-Hall.

• Instrumentación Industrial. Autor: Creus Sole, Edit: Alfa Omega

• El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales, Autor: Enriquez Harper.

Unidad 1: Conceptos Básicos de Control.

1.1.- Sistemas de control.

Introducción.- El control automático ha desempeñado un papel vital en el avance de la ingeniería y la ciencia. Además de su gran importancia en los sistemas de vehículos espaciales, de guiado de misiles, robóticos y análogos, el control automático se ha convertido en una parte importante e integral de los procesos modernos industriales y de fabricación.

• Debate: Aplicaciones y porque el “controlar”

Reseña histórica.-

Los procesos industriales pueden ser de distinta naturaleza, pero en general tienen como aspecto común, que se requiere del control de algunas magnitudes, como son: la temperatura, la presión, el flujo, etc. El sistema de control para estas magnitudes se puede definir como: Un sistema que compara el valor de una variable a controlar con un valor deseado y cuando existe una desviación, efectúa una acción de corrección sin que exista intervención humana.

Otras definiciones importantes.-

Variable Controlada y Variable Manipulada.- La variable controlada es la cantidad o condición que se mide y controla. La variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Normalmente la variable controlada es la salida del sistema.

Controlar significa medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para corregir o limitar la desviación del valor medido respecto del valor deseado.

Otras definiciones importantes (cont.).-

Planta.- Una planta puede ser una parte de un equipo, tal vez un conjunto de los elementos de una maquina que funcionan juntos, y cuyo objetivo es efectuar una operación particular. Planta se le llamara a cualquier objeto físico que se va a controlar.

Procesos.- Operación o un desarrollo natural progresivamente continuo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden unos a otros de una forma relativamente fija y que conducen a un resultado o propósito determinado.

Otras definiciones importantes (cont.).-

Sistemas.- Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado. Un sistema no esta necesariamente limitado a un sistema físico.

Perturbaciones.- Una perturbación es una señal que tiende a afectar el valor de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se denomina interna, mientras que una perturbación externa se genera fuera del sistema y es una entrada.

Otras definiciones importantes (cont.).-

Control Realimentado.- El control realimentado se refiere a una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, y lo realiza tomando en cuenta la diferencia.

ALGUNOS EJEMPLOS DE SISTEMAS CONTROLADORES.

Sistema de control de velocidad.-

El principio básico del regulador de velocidad de Watt para una maquina se ilustra en el diagrama esquemático a continuación:

La cantidad de combustible que se admite en la maquina se ajusta de acuerdo con la diferencia entre la viscosidad de la maquina que se pretende y la velocidad real.

La secuencia de acciones puede describirse del modo siguiente: el regulador de velocidad se ajusta de modo que, a la velocidad deseada, no fluya aceite a presión a ningún lado del cilindro de potencia. Si la velocidad real cae por debajo del valor deseado debido a una perturbación, la disminución de la fuerza centrifuga del regulador de velocidad provoca que la válvula de control se mueva hacia abajo, aportando mas combustible, y la velocidad del motor aumenta hasta alcanzar el valor deseado. Por otra parte, si la velocidad del motor aumenta por encima por encima del valor deseado, el incremento de la fuerza centrifuga del regulador provoca que la válvula de control se mueva hacia arriba. Esto disminuye el suministro de combustible, y la velocidad del motor se reduce hasta alcanzar el valor deseado.

Ejercicio 1 . Diseñe su propio sistema de control.

Mecánica del ejercicio. – 4 Equipos

• Control de Temperatura (Cocinar, Calefacción).

• Control de Fluidos (Compresor de Aire, Llenado de un tinaco).

• Propuesto por el Equipo.

Que se desea Controlar?

Objetivo del lo que deseas controlar.

Describir la secuencia de control enumerando los puntos.

Investigación 1: Tipos de Lazos de Control y ejemplos de cado uno

(en que sistema se aplica).

1.2.- Lazo Abierto y Cerrado.Sistemas de control de lazo abierto.-

Los sistemas de control básico de la inyección de combustible son los de una vía ó controles de “lazo abierto”. Estos toman la información acerca de las condiciones de operación que reciben de varios sensores y entonces usan esa información para determinar –sea por medios mecánicos o usando medios electrónicos programados- exactamente cuánto combustible debe dispensarse para alcanzar la mezcla deseada aire-combustible. La precisión en la medición del combustible y la mezcla resultante dependen enteramente de qué tan bien el sistema –de cualquier tipo que sea- puede predecir las necesidades del motor basado en su “conocimiento” de las condiciones de operación.

Un enorme avance en los sistemas de control de la inyección de combustible ha sido el advenimiento de los controles de “lazo cerrado” – sistemas que no solo tratan de predecir las necesidades del motor basándose en las condiciones de operación, sino que además miden los resultados de su cálculo del combustible, usando esa información como un dato de entrada para alcanzar un control aún más preciso.

Sistemas de control de lazo cerrado.-En un sistema de lazo cerrado ó de retroalimentación, la información acerca de cualquier cosa que esté siendo controlada es continuamente retro-alimentada al sistema como un dato de entrada. La operación de un termostato en un sistema de calefacción automático es un ejemplo de control de lazo cerrado. Conforme baja la temperatura, el termostato siente el descenso y le indica al horno que añada calor. Tan pronto como la temperatura sube más allá de lo previsto, el termostato siente el resultado de su propia acción de control –el calor producido por el horno- y le indica a éste que corte el calor.

Un sistema de lazo abierto puede, por ejemplo, sentir la baja de temperatura y simplemente encender el calor por un predeterminado lapso de tiempo; sin embargo el control de lazo cerrado es automático, la temperatura permanece relativamente constante, y el consumo de energía probablemente se reduce. De todas maneras, el resultado es un control mejor y más preciso.

Tipos de Controladores.-

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia (el valor deseado), determina la desviación y produce una señal de control que reducirá ladesviación acero o a un valor pequeño. La manera en la cual el Controlador automático produce la señal de control se denominaacción de control.

Clasificación de los controladores industriales.

Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como:

•De dos posiciones o de encendido y apagado (on/off)• Proporcionales• Integrales• Proporcionales-integrales• Proporcionales-derivativos• Proporcionales-integrales-Derivativos