Sistemas de control e instrumentación para técnicos en mecánica

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SISTEMA DE CONTROL E
INSTRUMENTACIÓN
LICENCIATURA EN MECANICA INDUSTRIAL
SISTEMAS DE CONTROL
• SISTEMA ES ALGO QUE TIENE UNA ENTRADA O VARIAS QUE GENERA
UNA O VARIAS SALIDAS. LOS SISTEMAS PUEDEN SER FISICOS,
ECONOMICOS, MATEMATICOS, ETC.
• SISTEMA DE CONTROL SE DEFINE COMO LA INTERCONEXION DE
VARIOS COMPONENTES FORMANDO UN SISTEMA DE
CONFIGURACION QUE PROVEE LA RESPUESTA DESEADA.
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SISTEMAS DE CONTROL
• LOS SISTEMAS DE CONTROL TIENEN UNA VARIABLE DE ENTRADA Y
OTRA DE SALIDA
• LA ENTREDA: ES UN ESTIMULO, LA EXCITACIÓN O EL MANDATO
APLICADO A UN SISTEMA DE CONTROL, GENERALMENTE DESDE UNA
FUENTE EXTERNA DE ENERGIA, USUALMENTE PARA PRODUCIR UNA
RESPUESTA ESPECIFICA DEL SISTEMA DE CONTROL
• LA SALIDA: ES LA RESPUESTA REAL QUE SE OBTIENE DE UN SISTEMA
DE CONTROL. PUEDE SER O NO IGUAL A LA RESPUESTA IMPLICITA
ESPERCIFICADA POR LA ENTRADA
SISTEMAS DE CONTROL
• LAZO ABIERTO: SISTEMA DE CONTROL QUE CARECE DE
RETROALIMENTACION.
• LAZO CERRADO: SISTEMA DE CONTROL QUE TIENE ALGUN TIPO DE
RETROALIMENTACION.
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SISTEMAS DE CONTROL
• LOS SISTEMAS DE CONTROL TIENEN UNA VARIABLE DE ENTRADA Y
OTRA DE SALIDA
• LA ENTREDA: ES UN ESTIMULO, LA EXCITACIÓN O EL MANDATO
APLICADO A UN SISTEMA DE CONTROL, GENERALMENTE DESDE UNA
FUENTE EXTERNA DE ENERGIA, USUALMENTE PARA PRODUCIR UNA
RESPUESTA ESPECIFICA DEL SISTEMA DE CONTROL
• LA SALIDA: ES LA RESPUESTA REAL QUE SE OBTIENE DE UN SISTEMA
DE CONTROL. PUEDE SER O NO IGUAL A LA RESPUESTA IMPLICITA
ESPERCIFICADA POR LA ENTRADA
SISTEMAS DE CONTROL
• LAZO ABIERTO: SISTEMA DE CONTROL QUE CARECE DE
RETROALIMENTACION.
• LAZO CERRADO: SISTEMA DE CONTROL QUE TIENE ALGUN TIPO DE
RETROALIMENTACION.
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SISTEMAS DE CONTROL
ACTUADOR: es un dispositivo inherentemente
mecánico cuya función es proporcionar fuerza
para mover o “actuar” otro dispositivo
mecánico. La fuerza que provoca el actuador
proviene de tres fuentes posibles: Presión
neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz
eléctrica (motor eléctrico o solenoide).
Dependiendo de el origen de la fuerza el
actuador se denomina “neumático”,
“hidráulico” o “eléctrico”.
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SISTEMAS DE CONTROL
PROCESO:
ES RESULTADO FINAL QUE EL SISTEMA DE
CONTROL DEBE DAR COMO SALIDA. DICHO
OTRO MANERA; EL LUGAR O EL EQUIPO
DONDE REALMENTE OCURRE LO QUE SE
ESPERA OBTENER.
SISTEMAS DE CONTROL
Sistema SISO
Sistema SIMO
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SISTEMAS DE CONTROL
Sistema MISO
Sistema MIMO
SISTEMAS DE CONTROL
RETROALIMENTACION
DEFINICIÓN: también conocida como realimentación — es un
mecanismo por el cual una cierta proporción de la salida de un
sistema se redirige a la entrada, con objeto de controlar su
comportamiento. La realimentación permite el control de un sistema y
que el mismo tome medidas de corrección con base en la información
realimentada.
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SISTEMAS DE CONTROL
• Tipos de Retroalimentación
• 1. Realimentación positiva: cuando sale del sistema. La cual tiende a
aumentar la señal de salida, o actividad.
• 2. Realimentación negativa: es la que mantiene el sistema
funcionando. Devuelve al emisor toda la información que necesita
para corregir la pauta de entrada. Mantiene el sistema estable y que
siga funcionando
SISTEMAS DE CONTROL
• Tipos de Retroalimentación
3. Realimentación bipolar: La cual puede aumentar o disminuir la
señal o actividad de salida. La realimentación bipolar está presente
en muchos sistemas naturales y humanos. De hecho generalmente la
realimentación es bipolar, es decir, positiva y negativa según las
condiciones medioambientales, que, por su diversidad, producen
respuestas sinérgicas y antagónicas como respuesta adaptativa de
cualquier sistema.
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SISTEMAS DE CONTROL
SISTEMAS DE CONTROL
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SISTEMAS DE CONTROL
• CONTROL ANALOGO: es aquel en el que las variables a controlar y las
que se procesan en el sistema se presentan de forma continua
(analógica), de modo que las relaciones que aparecen entre las
señales de entrada y salida son ecuaciones y funciones continuas.
Esto hace que durante el proceso de análisis y síntesis se puede
aplicar la teoría de la transformada de Laplace y todas sus
consecuencias, como el estudio de la estabilidad de los sistemas y su
optimización.
SISTEMAS DE CONTROL
• CONTROL DISCRETO: Los sistemas de control de tiempo discreto
(STD) son sistemas dinámicos para los cuales una ó más de sus
variables solamente son conocidas en ciertos instantes.
• Por lo tanto, son aquellos que manejan señales discretas, a diferencia
de los sistemas de tiempo continuo (STC) en los cuales sus variables
son conocidas en todo momento.
• El hecho de que algunas funciones del tiempo propias del STD varíen
en forma discreta, puede provenir de una característica inherente al
sistema, como en el caso de aquellos que trabajan con algún tipo de
barrido, por ejemplo: un sistema de radar.
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SISTEMAS DE CONTROL
Aplicaciones del control en la industrial:
La actualización y automatización de los procesos industriales ha traído como
consecuencia el desarrollo de sistemas de control especializados utilizados en
el control de procesos de plantas industriales. Las principales aplicaciones del
control a nivel industrial son: Plantas de Fabricación Industria de la Energía
Eléctrica Industria de las Telecomunicaciones Industria de
los Hidrocarburos Industrias Químicas y Petroquímicas Industria Metalúrgica y
Siderúrgica, Sistemas de Transporte Sector Agroindustrial Industria de
Procesamiento de Alimentos Sector Servicios Públicos y Privados, Industria
Automotriz.
SISTEMAS DE CONTROL
• La medición y el control en la industria son muy importantes.
• Se tiene que tener un balance entre costes y productos
finales.(relación calidad/precio).
• El control automático de procesos industriales es hoy en día una
actividad multidisciplinar, en la que tiene estar presente aspectos
técnicos (electrónica, informática de sistemas, etc.), científicos
(investigación de nuevos criterios y materiales, etc.) y económicos
(mejora de los márgenes comerciales sin perder calidad y
competitividad).
• Los sistemas de control sofisticados del tipo de los instalados
mediante complejos elementos de instrumentación, no se han
creado de la noche a la mañana, aunque el auge que viven
actualmente así lo pueda parecer. Son el resultado de más de cien
años de trabajo de fabricantes y usuarios, quienes no han de dejado
de buscar las mejores soluciones al control industrial automatizado.
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•Controlador: es un programa informático que
permite al sistema operativo interaccionar con
un periférico, haciendo una abstracción
del hardware y proporcionando
una interfaz (posiblemente estandarizada) para
utilizar el dispositivo. Es una pieza esencial
del software (y en particular, del sistema
operativo o kernel), sin la cual el hardware sería
inutilizable.
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SISTEMAS DE CONTROL
SISTEMAS DE CONTROL
• Sistema de control automático: es un caso particular del
término automatización y engloba al control
electrónico, por ser esta la rama técnica que ha
permitido una evolución continua de la automatización
industrial.
• Podemos definir el control automático de procesos
como: La elaboración o captación de un proceso
industrial a través de varias etapas, con el uso libre de
los equipos necesarios para ahorrar tiempo manual y
esfuerzo mental.
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SISTEMAS DE CONTROL
SISTEMAS DE CONTROL
• CAPTACIÓN: En control de procesos, esto equivale a captar la variable a
través de un elemento de medida (sensor/transductor, instrumento de
medida). La captación está normalmente formada por componentes locales,
es decir, próximos al lugar físico donde se producen los datos de interés.
• EVALUACIÓN: Consiste en atribuir la importancia adecuada a la captación
hecha, de acuerdo con el algoritmo de control del proceso, es decir, por
comparación entre la variable de proceso captada y el valor deseado o punto
de consigna. A partir de aquí, se obtendrá una señal de corrección.
• -ACTUACIÓN: Va dirigida al elemento final de control, siempre y cuando
dicha actuación sea requerida. El elemento final o actuador estará en
consonancia con el tipo de proceso a controlar: motor, válvula, calefactor,
etc.
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SISTEMAS DE CONTROL
• HISTORIA DEL CONTROL DE PROCESOS
• El control de procesos ha evolucionado históricamente hacia la
consecución de un grado de automatización lo más elevado posible.
Así, todo lo comentado en el punto anterior, ha estado presente a lo
largo de la historia del control de procesos, siendo implementado en
cada época de acuerdo a las tecnologías existentes.
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• Control Manual
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SISTEMAS DE CONTROL
• Controladores Locales
• Un controlador local permite a un operador llevar el control
de varios “lazos” del proceso. Como un regulador de la
presión del gas doméstico, un controlador local usa la
energía del proceso o el aire comprimido de la planta para
ajustar la posición de una válvula de control o cualquier otro
elemento final de control. Ejemplos los reguladores de presión de
equipo de soldadura de oxiacetileno.
SISTEMAS DE CONTROL
• Control Neumático Centralizado:
El desarrollo de los dispositivos de control operados neumáticamente,
permitieron un notable avance en el control de procesos. Con ésta
tecnología, las variables del proceso podían ser convertidas a señales
neumáticas y transmitidas hacia controladores remotos. Se entraba en
la confección de los denominados “circuitos neumáticos”.
La interface operador-proceso mejora en el control neumático
respecto del método de controladores locales. Así, se introducen
pantallas que ofrecen información relevante sobre el proceso. Al tener
que observar el operador varias pantallas, el número y complejidad de
lazos de control que uno solo puede controlar queda limitado.
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